骨髓移植/造血干細胞移植（HSCT）是治療多種血液腫瘤、罕見(jiàn)病的有效手段。然而，HSCT的干細胞來(lái)源主要是配型成功的健康捐贈者或患者自身動(dòng)員的CD34+血液干細胞，來(lái)源限制條件較多，加之成本高昂，限制了HSCT在患者中的廣泛應用。長(cháng)期以來(lái)，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(lái)源問(wèn)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長(cháng)期穩定嵌合、與宿主生理和免疫系統兼容、產(chǎn)生功能性的多譜系血液細胞，一直是實(shí)驗血液學(xué)和再生醫學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)挑戰。事實(shí)上，迄今尚沒(méi)有一種通用、高效的方法，能夠誘導PSC實(shí)現在野生型動(dòng)物體內長(cháng)期重建和多譜系造血。

　　2023年2月16日，來(lái)自中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院的王金勇研究團隊和廣州醫科大學(xué)的張夢(mèng)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(guò)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正常）受體鼠中穩定嵌合長(cháng)達6個(gè)月以上時(shí)間，輸出完整的髓系細胞、B細胞和T細胞等細胞譜系，實(shí)現長(cháng)期、穩定多譜系造血重建，且未發(fā)現致瘤現象。

　　在該研究中，作者首先通過(guò)同源重組的方法構建了可誘導表達轉錄因子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(guò)預處理的野生型小鼠（C57BL/6 background，CD45.1 strain）體內。結果顯示，移植的iHPCs在受體鼠的外周血、骨髓、脾臟等多個(gè)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(lèi)型，并可維持6個(gè)月以上時(shí)間。多次移植試驗結果表明，iHPCs移植后的動(dòng)物沒(méi)有出現腫瘤現象。單細胞測序聚類(lèi)結果進(jìn)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(lái)源的細胞群具有相似的轉錄譜特征。

　　為了解析iHPCs長(cháng)期植入的細胞學(xué)機制，作者進(jìn)一步在受體鼠的骨髓中檢測到干細胞來(lái)源的免疫表型為L(cháng)in-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小鼠的造血系統，作者分離了一次移植受體鼠（移植后6周）的骨髓細胞進(jìn)行了二次移植實(shí)驗。二次移植12周后，仍然可以在受體鼠的外周血、骨髓和淋巴結中檢測到干細胞分化來(lái)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(lèi)血液譜系細胞，并提取其基因組進(jìn)行了PCR實(shí)驗，從基因組水平證實(shí)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(gè)利用基因編輯手段通過(guò)特定轉錄因子（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(zhù)的多譜系嵌合率、長(cháng)期穩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(guò)基因編輯的干細胞作為種子，誘導后移植在野生型動(dòng)物體內重建多個(gè)血液譜系，并初步在活體動(dòng)物證明這一策略的安全性。該體系穩定易重復，便于跨實(shí)驗室平臺測試和從事造血分化基礎研究、為造血干細胞再生轉化醫學(xué)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)現轉錄因子Hoxb5誘導B細胞轉分化再生T淋巴細胞（Nature Immunology，2018）、轉錄因子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）等研究基礎上的新的發(fā)現。

　　中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院博士生彭歡和中國科學(xué)院動(dòng)物研究所博士生林云輕為該論文的共同第一作者。張夢(mèng)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(xué)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(cháng)期再生多譜系血液細胞