骨髓移植/造血干細胞移植（HSCT）是治療多種血液腫瘤、罕見病的有效手段。然而，HSCT的干細胞來源主要是配型成功的健康捐贈者或患者自身動員的CD34+血液干細胞，來源限制條件較多，加之成本高昂，限制了HSCT在患者中的廣泛應(yīng)用。長期以來，誘導多能干細胞（包括天然的人胚胎干細胞和誘導型多能干細胞等）分化，制備再生型的造血干細胞，是徹底解決骨髓移植種子細胞來源問題的理想手段。然而，如何誘導出真正的造血干細胞，即具備移植后能夠在宿主體內(nèi)長期穩(wěn)定嵌合、與宿主生理和免疫系統(tǒng)兼容、產(chǎn)生功能性的多譜系血液細胞，一直是實驗血液學和再生醫(yī)學領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。事實上，迄今尚沒有一種通用、高效的方法，能夠誘導PSC實現(xiàn)在野生型動物體內(nèi)長期重建和多譜系造血。

　　2023年2月16日，來自中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院的王金勇研究團隊和廣州醫(yī)科大學的張夢云研究團隊合作，在Stem Cell Reports上發(fā)表了題為Prolonged generation of multi-lineage blood cells in wild type animals from pluripotent stem cells的研究論文，首次報道了通過干細胞基因編輯手段操縱Runx1、Hoxa9和Hoxa10基因組合表達，高效誘導多能干細胞（PSC）定向分化再生造血種子細胞（induced hematopoietic progenitor cells, iHPCs）。iHPCs移植后能在野生型（先天和獲得性免疫系統(tǒng)正常）受體鼠中穩(wěn)定嵌合長達6個月以上時間，輸出完整的髓系細胞、B細胞和T細胞等細胞譜系，實現(xiàn)長期、穩(wěn)定多譜系造血重建，且未發(fā)現(xiàn)致瘤現(xiàn)象。

　　在該研究中，作者首先通過同源重組的方法構(gòu)建了可誘導表達轉(zhuǎn)錄因子Runx1、Hoxa9和Hoxa10組合的ESC細胞系（iR1A9A10-ESC，C57BL/6 background，CD45.2 strain），并基于“體外再生種子細胞，體內(nèi)發(fā)育成熟”的兩步法策略，將體外分化產(chǎn)生的iHPCs移植到經(jīng)過預(yù)處理的野生型小鼠（C57BL/6 background，CD45.1 strain）體內(nèi)。結(jié)果顯示，移植的iHPCs在受體鼠的外周血、骨髓、脾臟等多個組織器官中輸出完整的單核髓系、B細胞譜系和T細胞譜系等細胞類型，并可維持6個月以上時間。多次移植試驗結(jié)果表明，iHPCs移植后的動物沒有出現(xiàn)腫瘤現(xiàn)象。單細胞測序聚類結(jié)果進一步顯示移植后受體鼠的外周血中再生的髓系細胞、B細胞和T細胞與天然發(fā)育來源的細胞群具有相似的轉(zhuǎn)錄譜特征。

　　為了解析iHPCs長期植入的細胞學機制，作者進一步在受體鼠的骨髓中檢測到干細胞來源的免疫表型為Lin-CD127-c-kit+Sca1-的髓系祖細胞和Lin-Sca1lowc-kitlowCD127+CD135-淋系祖細胞。為了評估這些再生的祖細胞能否重構(gòu)小鼠的造血系統(tǒng)，作者分離了一次移植受體鼠（移植后6周）的骨髓細胞進行了二次移植實驗。二次移植12周后，仍然可以在受體鼠的外周血、骨髓和淋巴結(jié)中檢測到干細胞分化來源的成熟髓系細胞、B細胞和T細胞。隨后，作者分選了各組織中再生的各類血液譜系細胞，并提取其基因組進行了PCR實驗，從基因組水平證實了這些細胞是起源于基因編輯的干細胞。

　　綜上所述，該研究建立了一個利用基因編輯手段通過特定轉(zhuǎn)錄因子（Runx1、Hoxa9和Hoxa10）組合誘導多能干細胞定向分化再生造血種子的方法。分化再生的種子細胞具有HSC的部分特征，即具有可移植、顯著的多譜系嵌合率、長期穩(wěn)定的成熟血液細胞輸出、二次移植潛能等。該研究利用經(jīng)過基因編輯的干細胞作為種子，誘導后移植在野生型動物體內(nèi)重建多個血液譜系，并初步在活體動物證明這一策略的安全性。該體系穩(wěn)定易重復(fù)，便于跨實驗室平臺測試和從事造血分化基礎(chǔ)研究、為造血干細胞再生轉(zhuǎn)化醫(yī)學提供了重要的理論和技術(shù)支持。

　　該研究是繼上述合作團隊發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Hoxb5誘導B細胞轉(zhuǎn)分化再生T淋巴細胞（Nature Immunology，2018）、轉(zhuǎn)錄因子Runx1和Hoxa9組合誘導多能干細胞定向分化再生T淋巴細胞（Cell Research，2020）、轉(zhuǎn)錄因子Runx1、Hoxa9和Lhx2組合誘導多能干細胞定向分化再生B淋巴細胞（Cellular & Molecular Immunology，2021）等研究基礎(chǔ)上的新的發(fā)現(xiàn)。

　　中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院博士生彭歡和中國科學院動物研究所博士生林云輕為該論文的共同第一作者。張夢云教授和王金勇研究員為該論文的共同通訊作者。研究得到科技部、中科院、國家自然科學基金委等項目經(jīng)費支持。

　　論文鏈接

　　Runx1、Hoxa9和Hoxa10組合誘導多能干細胞定向分化長期再生多譜系血液細胞