课前准备--空间转录组学分析揭示小鼠和人类中独特的红系造血niche

作者Evil Genius大家的visium HDStereo-seq数据分析还好么2026空间转录组系列课程针对这部分刚开始感兴趣一起来交流交流吧。今日参考文献知识积累哺乳动物的终末红系造血发生在称为“成红细胞岛”EBIs的特殊造血微环境中这种结构由中央巨噬细胞及其周围发育中的成红细胞组成。结果1、C1q是小鼠胎肝造血中成红细胞岛巨噬细胞的标志物研究手段利用Visium空间转录组学技术对小鼠胎肝E14.5和E13.5进行空间基因表达分析并结合scRNA-seq数据以无偏倚方式研究红系造血微环境。关键发现C1q⁺巨噬细胞是小鼠胎肝中成红细胞岛EBI中央巨噬细胞的标志物。C1q⁺巨噬细胞与红系细胞及红系祖细胞在空间上高度正相关且这种相关性随发育E13.5→E14.5而增强。C1q⁺巨噬细胞高表达支持红系造血的关键分子包括黏附分子Vcam1、核吞噬清除相关基因MerTK、Timd4、Dnase2a、铁代谢基因Hmox1、Slc40a1、Trf以及滋养因子Igf1、Il18等。C1q⁺巨噬细胞还高表达CD169和CD163且与EpoR⁺巨噬细胞有重叠但不完全等同。验证手段通过Xenium高分辨率原位杂交在单细胞水平进一步验证了C1q⁺巨噬细胞与红系细胞的空间邻近关系并量化了成红细胞岛的尺寸和细胞数量。总体结论C1q是小鼠胎肝中成红细胞岛巨噬细胞的特异性标志物这些细胞在空间上与红系细胞紧密相邻并在支持红系造血黏附、核清除、铁代谢、营养支持中发挥关键作用。结果2、C1q⁺是小鼠骨髓中成红细胞岛巨噬细胞的标志物主题关键结论C1q⁺是小鼠骨髓EBI巨噬细胞的标志物在新生和成年小鼠骨髓中C1q⁺巨噬细胞均与红系细胞空间共定位而其他巨噬细胞则无此特征。成年骨髓中这种相关性减弱提示存在年龄相关变化。技术改进采用无需脱钙的冰冻切片法获得更高质量的成年骨髓空间转录组数据。C1q的功能C1q通过结合胞核表面暴露的磷脂酰丝氨酸促进巨噬细胞对排出的胞核pyrenocytes的吞噬清除。体外共培养和体内C1qa敲除实验均证实C1q缺失导致胞核积累。C1q对EBI结构并非必需C1qa敲除小鼠中细胞空间相关性未发生明显改变说明C1q参与胞核清除功能但对EBI结构的组装不是必需的。C1q是小鼠骨髓EBI巨噬细胞的特异性标志物其功能主要在于促进排出的胞核的吞噬清除而不参与EBI结构的形成。结果3、人类成红细胞岛是不依赖巨噬细胞的红系细胞簇主题关键结论人类EBI的核心特征人类胎肝中的红系细胞与红系祖细胞形成聚集但不依赖于巨噬细胞C1Q⁺或其他巨噬细胞均无空间关联。与小鼠的关键差异小鼠EBI以C1q⁺巨噬细胞为中心人类则缺乏巨噬细胞与红系细胞的空间共定位红系细胞簇的形成主要依赖红系-红系祖细胞之间的相互作用。发育阶段差异孕16周胎肝中红系-红系祖细胞相关性比孕12周更强提示随着发育进程红系细胞聚集更加紧密。定量特征人类胎肝EBI平均直径与小鼠相当约80 μm但每个EBI含有的成红细胞数量约50个多于小鼠约25个。人类的成红细胞岛并非以巨噬细胞为核心而是由红系细胞与红系祖细胞自发聚集形成的不依赖巨噬细胞的细胞簇这与小鼠中C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI结构形成鲜明对比。技术方法脱钙处理会导致RNA降解阻碍临床骨髓样本的空间转录组研究。采用骨髓凝块切片无需脱钙临床常规制备进行Visium空间转录组检测。对一名50岁健康个体的骨髓凝块切片进行分析鉴定出9个细胞群。人类骨髓的空间转录组特征人类骨髓造血细胞群的空间分布异质性高于胎肝。人类成年骨髓中巨噬细胞数量少于小鼠且以C1Q⁺型为主。整合两个已发表的scRNA-seq数据集进行细胞类型富集分析。巨噬细胞与红系细胞的空间关系C1Q⁺巨噬细胞与红系细胞/红系祖细胞的分布明显分离无空间关联。红系细胞与红系祖细胞之间紧密共分布呈强空间正相关。以上结果在独立切片、另外3名健康个体中均得到验证。人类成红细胞岛EBI的结构特征人类EBI不依赖巨噬细胞由红系细胞与红系祖细胞聚集形成。每个EBI80 μm直径范围内平均含38.9±3.5个细胞。C1Q⁺巨噬细胞周围多为基质细胞和中性粒细胞而非红系细胞。人类EBI结构与小鼠截然不同小鼠以C1q⁺巨噬细胞为核心。多种验证手段一致证实骨髓活检HE染色、共聚焦成像EBI以CD235a⁺红系细胞为主缺乏中央巨噬细胞CD68染色位于EBI外周而非内部。C1QA RNA CD235a免疫荧光C1QA⁺巨噬细胞随机分布多被CD235a⁻细胞包围。骨髓穿刺涂片Wright-Giemsa、普鲁士蓝铁染色巨噬细胞多与其他谱系关联或孤立分布。iPS细胞来源的骨髓类器官模型验证CD235a⁺红系细胞形成不依赖巨噬细胞的细胞簇。CD68⁺细胞散在分布多靠近血管不被红系细胞包围。定量分析随机球体→最近成红细胞 ≈ 巨噬细胞→最近成红细胞 ≈ 16 μm而成红细胞→最近成红细胞的平均距离接近于0表明红系细胞之间紧密聚集。结论巨噬细胞与成红细胞并不紧密关联。巨噬细胞在人类骨髓EBI结构形成中不起关键作用。人类骨髓中的成红细胞岛是不依赖巨噬细胞的红系细胞簇由红系细胞与红系祖细胞自发聚集形成与小鼠中以C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI结构存在根本性物种差异。结果4、小鼠和人类在应激条件下的成红细胞岛主题小鼠人类脾脏在应激造血中的作用重要是髓外造血的主要场所微乎其微骨髓足以代偿稳态下EBI特征C1q⁺巨噬细胞与红系细胞空间关联强脾脏胎肝/骨髓C1Q⁺巨噬细胞与红系细胞无空间关联红系-红系祖细胞紧密聚集应激状态下变化① C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI扩大红系细胞增多② 不依赖巨噬细胞的红系-红系相互作用显著增强归一化后仍增加MDS患者治疗后红系-红系祖细胞空间相关性恢复性提高C1q的功能必要性C1qa缺失不改变脾脏中细胞空间相关性—临床意义—红系细胞连接性降低是MDS的发育异常特征治疗可部分恢复小鼠脾脏是应激红系造血的重要场所以C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI在溶血应激下显著扩大同时不依赖巨噬细胞的红系-红系相互作用也增强提示两类EBI巨噬细胞依赖型和非依赖型在应激中均发挥作用。人类脾脏不参与应激红系造血骨髓是主要代偿器官。在MDS等病理状态下红系-红系祖细胞的空间连接性降低发育异常特征但治疗后可部分恢复进一步证实不依赖巨噬细胞的红系细胞簇是人类的保守特征。结果5、ICAM4介导人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成主题关键结论关键分子ICAM4是介导人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成的核心黏附分子。主要相互作用对ICAM4–RHAG、ICAM4–ITGA2B人类红系细胞与红系祖细胞之间小鼠中则为Vcam1–Itga4巨噬细胞-红系细胞之间。表达动态ICAM4在红系分化早期CD235a⁺CD71⁺高表达晚期CD235a⁺CD71^med下调提示其在成红细胞岛组装和成熟释放中发挥时序性调控作用。功能验证① iPS细胞骨髓类器官抗ICAM4阻断后红系细胞数量及EBI数量/大小均显著减少抗RHAG、抗αv-整合素无此效果。② 体外集落形成实验纯红系分化体系抗ICAM4处理后红系集落显著减少排除巨噬细胞干扰证实ICAM4直接介导红系-红系聚集。病理意义MDS患者骨髓成红细胞中ICAM4表达显著降低提示EBI完整性受损是MDS的发育异常特征。ICAM4是人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成的关键分子通过介导红系细胞与红系祖细胞之间的同型/异型聚集来维持EBI结构。小鼠与人类在EBI形成机制上存在根本性差异小鼠依赖巨噬细胞-红系相互作用Vcam1–Itga4等而人类依赖红系-红系之间的相互作用ICAM4–RHAG/ITGA2B。ICAM4表达下调可能是MDS中红系发育异常的重要分子机制之一。最后来看看方法visium部分生活很好有你更好。