造血干细胞循环参考模型的构建及其在血液疾病诊断中的应用

时间：2025年6月28日

来源：Nature Medicine

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本研究通过单细胞RNA测序技术分析了148名健康个体的循环CD34+造血干细胞（HSPCs），建立了首个跨年龄段的循环HSPC参考模型。研究发现男性衰老伴随显著的髓系分化倾向，并鉴定了淋巴祖细胞中与年龄相关的转录特征。该模型成功应用于骨髓增生异常综合征（MDS）的无创诊断，通过外周血样本即可识别淋巴细胞、嗜碱性粒细胞或粒细胞祖细胞频率异常的患者群体，为血液学单细胞基因组学的临床应用提供了新范式。

血液研究的里程碑：从健康到疾病的造血干细胞图谱
造血系统衰老伴随血细胞计数的异常变化，但循环造血干细胞（HSPCs）的生理变异规律及其诊断价值长期未被阐明。传统骨髓取样具有侵入性，而外周血中HSPCs数量稀少且异质性高，亟需建立系统性的参考标准。

魏茨曼科学研究所联合多个国际团队在《Nature Medicine》发表突破性研究，通过对148名23-91岁健康人外周血CD34⁺细胞的单细胞RNA测序，绘制了首个跨生命周期的循环HSPC参考图谱。研究创新性地发现：（1）男性特异性衰老相关髓系分化偏倚；（2）淋巴祖细胞中LMNA等基因的年龄相关表达特征；（3）红细胞分布宽度（RDW）与克隆性造血（CH）的显著关联。更引人注目的是，该模型仅需外周血样本即可区分44例MDS患者与29例血细胞减少症患者，准确率达AUC=0.93，为血液疾病无创诊断树立新标准。

关键技术方法
研究采用10x Genomics单细胞3’转录组测序，结合分子倒置探针（MIP）技术对705个白血病相关突变位点进行深度靶向测序。通过基因型解析（Vireo/Souporcell）实现样本混样解卷积，利用Metacell-2算法构建细胞状态图谱。验证队列包含18,147例RDW异常者的靶向测序数据。

研究结果
HSPC states observed across humans in PB
• 鉴定了循环HSPCs中保守的HSC状态标志物（HLF/AVP）及分化轨迹
• 发现外周血特异性富集的BEMPs和NKTDPs群体

Interindividual variation in cHSPC state composition
• 揭示个体间HSPC亚型频率存在10倍差异（如CLP-M频率s.d.=6.8%）
• 鉴定6种组成模式，其中Class VI表现为淋巴系衰竭伴干细胞特性增强

Circulating HSPC frequencies correlate with CBCs and CH
• CLP频率降低与男性红细胞压积（HCT）负相关（P<0.02）
• 高RDW人群CH突变率显著升高（OR=1.8, P<0.002）

Age-related myeloid bias is predominantly observed in men
• >60岁男性MEBEMP/CLP比值较<50岁增加2.3倍（P<0.01）
• 女性仅在绝经后出现短暂淋巴细胞计数回升

Circulating HSPC composition abnormality in cytopenia and MDS
• 划分4类MDS亚型：Group 4.1（BEMP异常）携带最高RDW值
• CLP-E样细胞频率可预测骨髓原始细胞比例（r=0.72）

研究结论与意义
这项研究首次系统描绘了健康人循环HSPCs的生理变异谱，其价值堪比1930年代建立的血常规参考范围。发现的男性特异性衰老模式提示性激素可能调控造血微环境，而LMNA特征基因为衰老相关免疫衰退提供分子标记。临床转化方面，通过整合单细胞组学与常规血检数据建立的诊断模型，使MDS诊断灵敏度达94%，且能监测del(5q)患者的治疗反应。该资源平台（https://apps.tanaylab.com/MCV/blood_aging）将持续推动血液疾病机制研究与精准诊疗发展。