越来越多的研究表明造血干细胞（HSCs）可以不经过传统造血树中的一系列限制性祖细胞（RPs），而直接产生巨核谱系祖细胞MkPs[1]。这就引发了一个重要的问题：HSCs保留产生巨核细胞（MKs）的两种不同分化路径的原因是什么？受限于技术，研究人员无法比较两种分化路径，因此也无法得知两种分化路径对MKs贡献的动力学。MKs除了作为血小板的重要来源，已经被证明同时作为造血微环境细胞调节HSCs，并且具有吞噬、抗原呈递等免疫功能。MKs的单细胞测序研究提示MKs的不同功能是由不同的MKs亚群执行，但不同的亚群如何获得不同的功能仍不得而知[2]。

2024年3月5日，细胞生态海河实验室周波/程涛/程辉团队和中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）王前飞/李玥莹团队合作在《Immunity》（IF=32.4）期刊在线发表了题为“Differentiation route determines the functional outputs of adult megakaryopoiesis”的研究论文（细胞生态海河实验室为第一完成单位），率先开发出了高效区分两种分化路径的谱系示踪系统，并结合单细胞测序和功能验证，全面解析了成体HSCs的分化路径与MKs产量和功能之间的关系。

首先，该研究开发了可以区分直接（direct）和逐步（stepwise）造血分化路径的谱系示踪系统（CD48-Dre），实现了对逐步分化路径上的RPs的高效且特异性的标记（图A）。同时，研究组构建了Rosa26loxp-STOP-loxp-rox-loxp-ZsGreen-STOP-rox-tdTomato（R26ZT1）报告小鼠，利用此小鼠将广泛表达的Ubc-creER与CD48-Dre正交重组，实现了对CD48-Dre+细胞的诱导性示踪（图B、C），绘制了不同谱系各个层级造血细胞的更替曲线，结果提示逐步分化路径上的全部祖细胞都在示踪开始后快速且完全地被更替。而利用仅在造血干祖细胞，不在成熟血细胞中表达的Kit-creER与CD48-Dre正交重组（图D），绘制了不同分化路径上各种造血祖细胞产生下游成熟细胞的分化动力学曲线，并发现两种分化路径在稳态下对巨核细胞的贡献具有相当的数量和相似的动力学特征。

然后，利用单细胞测序分析通过谱系示踪系统（CD48dre;R26rox-tdTomato）区分的两种路径来源的巨核细胞，发现两种路径都可以产生产板型巨核细胞（Platelet-producing MKs），但滋养型巨核细胞（Niche-supporting MKs）由直接分化路径（Tomato-negative）产生，而免疫型巨核细胞（Immune MKs）由逐步分化路径（Tomato-positive）产生。两种路径产生的巨核细胞在体外和体内也都有不同的功能表现。

最后，为了进一步探索两种分化路径在机体遭遇不同的紧急情况时如何应对，在示踪小鼠体内模拟了不同的生理需求，发现两种路径对巨核细胞和血小板的贡献会根据不同的压力条件而变化。在5-氟尿嘧啶（5-FU）诱导清髓后，直接分化路径来源的巨核细胞快速优先产生填充骨髓；而脂多糖（LPS）诱导的炎症反应优先刺激巨核细胞的逐步分化路径；大量失血导致的血小板快速消耗会同时加快两种路径来源血小板的产生。

由巨核细胞产生的血小板也早已被证明不仅参与凝血反应，而且也参与免疫反应等。同样的，两种路径来源的血小板也会形成不同的组合以应对不同的应激条件。这为解析不同疾病情况下血小板变化的原因提供了新的方向。

综上，该研究率先建立了可以区分直接和逐步造血分化路径的命运示踪系统，在国际上首次描绘了各种祖细胞在稳态下的动力学表现，绘制了不同造血层级每个谱系分支的周转率和分化动力学图谱，率先提出并验证分化路径决定成体巨核细胞的功能，为细胞发育和功能获得相关的探索提供了全新的思路。

细胞生态海河实验室周波教授是本文的责任作者，细胞生态海河实验室程涛教授和程辉教授及中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）王前飞研究员和李玥莹研究员为共同通讯作者。团队成员李晶晶和刘景坤为共同第一作者。

原文链接：

https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(24)00082-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1074761324000827%3Fshowall%3Dtrue

参考文献：

1. Rodriguez-Fraticelli, A.E., et al. Clonal analysis of lineage fate in native haematopoiesis. Nature, 2018. 553 (7687): 212-216.

2. Sun, S., et al. Single-cell analysis of ploidythe transcriptome reveals functionalspatial divergency in murine megakaryopoiesis. Blood,2021. 138 (14): 1211-1224.

撰稿：李晶晶

编辑：赵婉婉

校对：张婷婷

审核：祁健伟  周家喜