Phenoptics助力人胚胎骨髓血細胞和免疫細胞形成機制研究

Nature 亮點

近日，來自英國劍橋大學、牛津大學及紐卡斯爾大學等單位的研究人員對產(chǎn)前人胚胎骨髓中的血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)如何發(fā)育進行了首次多組學深入分析，發(fā)現(xiàn)在短短幾周時間里許多血細胞和免疫細胞類型均產(chǎn)生于發(fā)育中的骨髓組織，包括阻止細菌感染的關鍵性白細胞。該研究結果以標題"Blood and immune development in human fetal bone marrow and Down syndrome"在線發(fā)表于2021年9月29日的頂級學術期刊《Nature》。

血細胞有一定的壽命，紅細胞的壽命平均約120天，白細胞的壽命為數(shù)天、數(shù)周或數(shù)年。血細胞不斷地衰老和死亡，由新生的血細胞不斷補充，使外周血循環(huán)中血細胞數(shù)量和質(zhì)量保持動態(tài)平衡，這一過程稱為造血。
 

根據(jù)胚胎發(fā)育過程中造血中心的轉(zhuǎn)移，可把出生前的造血相繼分為3個階段：卵黃囊造血期，肝造血期和骨髓造血期，從胚胎后期至生后終身，骨髓成為人體最大的造血器官，約占體重的4％－6％，但是目前尚不清楚骨髓中的造血過程是如何持續(xù)進行的，在人類出生后的一生中產(chǎn)生的血細胞和免疫細胞如何發(fā)揮功能仍是未解之謎。

來自英國劍橋大學、牛津大學及紐卡斯爾大學等單位的研究人員對產(chǎn)前人胚胎骨髓中的血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)如何發(fā)育進行了首次多組學深入分析，發(fā)現(xiàn)在短短幾周時間里許多血細胞和免疫細胞類型均產(chǎn)生于發(fā)育中的骨髓組織，包括阻止細菌感染的關鍵性白細胞。

這項研究是人類細胞圖譜(Human Cell Atlas, HCA)計劃的一部分，旨在繪制人體的每一種細胞類型，以改變我們對健康、感染和疾病的認識，為血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)在骨髓中如何發(fā)育的重要參考。人類的血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)通常能保護我們免受感染和疾病的侵襲，但它們偶爾也會出錯導致免疫缺陷和惡性腫瘤，比如白血病即是白細胞功能異常的惡性疾病，如何探究背后的生物學機制尤為重要。

研究中作者使用了單細胞多組學聯(lián)合分析的技術思路，包括Phenoptics多重免疫熒光分析，流式細胞分析，單細胞基因測序等工具全方位的展示了骨髓造血過程細胞的發(fā)生過程，基于Phenoptis技術方案，作者對于CD34、VEGFR2、CXCL12、CD117等指標進行多色熒光標記，詳細描繪了骨髓組織中的基質(zhì)細胞及免疫細胞發(fā)育所處的環(huán)境，為免疫細胞的功能差異研究提供了重要思路。



在研究中基于單細胞多組學分析發(fā)育中的骨髓組織樣本，以便確定存在的細胞類型以及這些細胞表達的基因和蛋白差異，觀察到血細胞和免疫細胞迅速多樣化成為不同的特化細胞，包括稱為中性粒細胞的白細胞用于防止細菌入侵，這對于對抗感染和疫苗的免疫響應也具有重要意義。



研究人員表示對于復雜的人體免疫系統(tǒng)，基于單細胞多組學技術方案能夠確保正確理解發(fā)育過程，并且實現(xiàn)在單細胞分辨率水平上開展研究。對于首次確定發(fā)育中的骨髓中的所有血細胞和免疫細胞，使我們能夠看到從未被我們?yōu)榘l(fā)育中的骨髓構建出的這種細胞圖譜，這將成為科學家們的一個巨大資源寶庫，為將來開發(fā)相關疾病治療方法提供重要保障。


該研究項目作為人類發(fā)育細胞圖譜（Human Developmental Cell Atlas, HDCA）一部分，是人類細胞圖譜的重要分支旨在創(chuàng)建發(fā)育過程中細胞的綜合圖譜，這對于理解正常器官發(fā)生、突變、環(huán)境因素和傳染源對人類發(fā)展的影響、先天性和兒童疾病以及衰老、癌癥和再生醫(yī)學的細胞基礎至關重要。它有助于改變我們對人類免疫系統(tǒng)在生命早期如何發(fā)育的理解，并開發(fā)診斷和治療免疫性疾病的新方法以及再生醫(yī)學的潛力。
 

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