近日，Ce l l Re s e a rc h（ IF= 2 5 . 3 6 1 ）上 发 表 了 题为Identification of HSC/MPP expansion units in fetal liver by single-cell spatiotemporal transcriptomics的文章，这部分工作中，作者利用单细胞测序联合空 间 转录组（时空转录组）技术，首次发现了小鼠胎肝发育中造血干细胞和多能祖细胞扩增的基本功能单元，为造血干细胞的体外扩增提供了新的理论支持。
研究背景：造血干细胞和多能祖细胞（hematopoietic stem cell and multipotent progenitor，HSC/MPP）具有自我更新和多向分化能力，是脊椎动物造血功能的根源，HSC/MPP移植是治疗恶性血液疾病的有效思路。在实践中，如何在体外培养扩增足够数量的HSC/MPP，并保持其干性，是相关研究中的难点。胎肝是HSC/MPP扩增的天然场所，在这里造血干细胞进行快速扩增，并保持较强的干性。解析这一扩增性造血器官的细胞群体构成以及互作网络，可以为体外扩增HSC/MPP提供有价值的理论支持。
科学问题：HSC/MPP在小鼠胎肝中的扩展特征/胎肝血细胞和微环境细胞发育的转录组图谱描绘
单细胞测序
空间转录组
组别设置和样本数
单细胞转录组：E11.5、E12.5、E13.5、E14.5 4个时间点小鼠胎肝样本，共采集32449个细胞进行测序
空间转录组：E14.5小鼠胎肝样本，4张切片
对4个时间点的胎肝样本单细胞测序结果进行UMAP降维聚类，得到了21个细胞群（18个造血细胞群+3个微环境细胞群）；各细胞类群的比例与其发育阶段动态相关；微环境细胞/生态位细胞/龛细胞（niche cell）：干细胞周围为干细胞提供特殊保护环境的细胞
对各细胞亚群的进一步转录特征分析（差异性基因分析、GO功能富集分析和干性评分），找到最具有干细胞特征的亚群HSC/MPP-1，并发现了其标志物CD93；细胞实验验证CD93+细胞具有更强的增殖能力，表明CD93是干性HSC/MPP的有效标志物，并与其干性功能相关
CellPhoneDB受体-配体分析，构建了HSC/MPP和微环境细胞的互作调控网络；鉴定潜在的促扩增分子，如生长因子MDK和PTN等；
对E14.5小鼠胎肝样本进行空间转录组测序，结果首先进行细胞亚群的聚类识别；
将HSC / MPP的周围空间定义Intra-spot（关系最为密切）、Inter-spot（关系第二密切）和Others（关系疏远）三类，观察到巨噬细胞信号高度富集在HSC/MPP信号周围；
CellPhoneDB受体-配体分析验证具有相邻关系的巨噬细胞和HSC/MPP，分别表达相应的配体和受体，证明了二者间存在密切的作用关系；
巨噬细胞形成“口袋状”结构（HSC/MPP pocket-like units ，HSC PLUS）包围 HSC/MPP；
F4/80：小鼠巨噬细胞
c-Kit、Runx1、Mecom、CD150：HSC/MPP
内皮细胞紧密分布在HSC/MPP邻近区域，参与其扩增的调控；
Lyve1：内皮细胞
EphrinB2：动脉门血管
EphB4：静脉
F4/80：小鼠巨噬细胞
Runx1、c-Kit：HSCs / MPP
小鼠胎肝的单细胞数据和人类胎肝的单细胞数据（已发表数据）比对，发现小鼠和人类胎肝之间具有保守的细胞类型和扩增途径，提示人体也存在类似的HSC/MPP 基础扩增单元HSC PLUS，多标染色显示支持的结果；
CD68：人巨噬细胞
CD34：HSCs / MPP
研究思路/技术路线
01
提出问题：胎肝血细胞和微环境细胞发育的转录组图谱的时空描绘？
02
小鼠胎肝，不同时间点收样的单细胞测序。
03
解析细胞群体，描绘细胞种类和表达特征与时间的动态关系， CellPhoneDB受体-配体预测细胞间通讯
04
小鼠胎肝空间转录组，验证互作细胞和配对信号分子（巨噬细胞和HSC/MPP）的空间分布特征
05
多标验证和展示HSC / MPP和巨噬细胞/内皮细胞分布关系，定义HSC/MPP扩增的基本功能性单元HSC PLUS，细胞实验等验证发挥功能的促生长因子
06
人鼠胎肝单细胞数据比较，验证HSC/MPP扩增结构和分子机制人鼠间保守
