Cell(IF=45.5)丨使用单细胞转录组学和卵白质组学成像绘画东说念主类骨髓微环境的细胞生物地舆学

盘考先容

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盘考配景

Background

非造血细胞（Non-hematopoietic cells）占骨髓细胞总额不到0.5%，其中包括内皮细胞、间充质基质细胞以及成骨细胞却是骨髓微环境的紧要组成部分，其被讲授对造血具有特别关节的作用。近来单细胞测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)期间的最新盘考进展揭示在小鼠骨髓要素中这些非造血细胞中存在多个亚群。尽管目下对东说念主造血细胞进行了多数盘考，但对组成东说念主骨髓微环境的非造血细胞进行界说的访佛盘考仍然相对较少。其主要的难点在于：难以分离填塞的存活的非造血细胞，使得细目骨髓微环境的单细胞组成一直受到截止；突出的分离行径可能会极地面影响拿获细胞类型的千般性；骨髓抽吸无法拿获缜密粘附在骨骼名义的细胞，而况可能使骨髓 MSC 要素偏向脂肪细胞而非成骨细胞；体外扩增脱离体内的稳态可能会改变间充质基质细胞的转录谱。

盘科场所

Objectives

本盘考通过酶消化东说念主清新的骨髓组织平直进行单细胞转录组分析，以期克服上述截止。同期领受索引探讨抗体进行联接检测以考证分析恶果，并领受CODEX图谱以不雅察MSC-白血病母细胞之间的空间相互作用。

盘考内容

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盘考亮点

1、scRNA-seq 和 CODEX 揭示东说念主类骨髓的组成和空间结构

2、东说念主类间充质基质细胞在转录和功能上具有异质性

3、成东说念主 HSPC 发扬出脂肪细胞周围的空间定位

4、CODEX成像揭示急性髓性白血病中MSC的扩增图谱

图1 著述示意图

盘考恶果

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1.非造血细胞亚群分析浮现 MSC 和 EC 转录千般性

间充质细胞之间存在显贵的异质性，包括骨谱系（NCAM1、SPP1 和 BGLAP）、脂肪谱系（APOE、LPL、PPARG 和 CEBPA）和成纤维细胞（PDPN、CSPG4、DCN 和 DPT）（图 2A、2B）。盘考根据干系基因的显贵抒发互异性将其分手象征为AdipoMSC、THY1+ MSC、Fibro-MSC、APOD+ MSCs（图 2A 和 2B）。用于细胞诊治26 (ISCT) 的 3 个基因，即 NT5E (CD73)、THY1 (CD90) 和 ENG (CD105)（图 2C）。这三个基因的抒发在 MSC 亚群中高度可变，NGFR (CD271) 在亚群中的抒发更为一致，这为其无间用作无偏差 MSC 象征提供了情理（图 2C）。样本之间的间充质细胞频率存在终点大的互异，这可能反馈了激活等动态细胞现象或采样互异等期间因素。 Fibro-MSC和THY1+MSC在Cyto TRACE中得分最高评释它们是 MSC 亚群中最原始的，具有更高的细胞分化和增殖才智。此外数据还拿获了两类骨髓内皮细胞AEC和SEC。

图2 非造血细胞亚群分析浮现 MSC 和 EC 转录千般性

2.MSCs、ECs 和骨谱系细胞合作产生多种造血解救因子敏锐性分析

不同类型的 MSC 特意产生特定的解救因子，同期它们也抒发显贵的相互作用。这些不同亚群MSC细胞分泌的细胞因子对东说念主类HSPC具有紧要的解救作用，其中AdipoMSC、THY1+MSC分泌典型的HSPC微环境因子水平最高，它们被造血细胞正常接受然而对HSPC莫得很强的异质性。同期这些细胞因子之间有发生串扰和息争转化的可能性，而况不同的非造血亚群对不同的模块作念出了孝敬。（图3）

图3 MSCs、ECs 和骨谱系细胞合作产生多种造血解救因子

3.PCPs简略有用解读非造血细胞在其微环境中的细胞拓扑结构的抽象图并靶向特定的细胞器

在scRNA-seq数据的指令下领受 CODEX 多重成像联接Mesmer51期间，对803132个细胞进行野心提神，涵盖了12个标本中的32种细胞类型，同期揭示了其卵白水平表型漫衍的花样，这些个体之间的总体细胞类型漫衍相似。本盘考还检测到了具有非造血抒发谱的骨小梁旁细胞的陌生实例（图4D），咱们称之为“骨内膜”。在造血骨界面检测到 Osteo-MSC 和成骨细胞，在骨区域中间主要检测到 Podoplanin+ Fibro-MSC（图 4D、4E）。CODEX 细胞类型的卵白质抒发谱与咱们的 scRNA-seq 数据很好地对应，匹配的细胞类型得分特别高，最终的细胞类型提神用于在“细胞表型图”（CPM，图 4F）中可视化细胞拓扑结构。

图4 造血细胞在其微环境中的细胞拓扑结构的抽象图

4.EMP 和 GMP 定位于相对高氧的动脉-骨内微环境

造血需要多个生态位的参与，内皮生态位在健康和恶性造血中的具有特别紧要的意旨。本盘考试图行使CODEX和scRNA-seq图谱进一步揭示内皮生态位内的相互作用。恶果浮现：小动脉细胞出目下骨小梁隔壁的频率高于当场预期(图5B)，这标明内皮生态位本色上可能与小动脉生态位结合；HIF1A水平在EMP和GMP中很低，这标明这些细胞莫得资历缺氧(图5C)，与它们在供氧血管隔壁的定位联系；更熟悉的髓细胞具有高水平的HIF1A，非小动脉区域的EMP具有更高水平的HIF1A，这标明缺氧的空间花样不是由于固有的细胞类型互异(图5D)。通常，EMP在scRNA-seq图谱中具有最低的缺氧特征评分(图5E)。鉴于骨髓是一个正常的缺氧环境，这一发现标明一个相对含氧的生态位与早期骨髓酿成联系，动脉周围壁龛和内皮壁龛可能以某种神色合作，对早期骨髓酿成很紧要。

图5 EMP 和 GMP 定位于相对高氧的动脉-骨内微环境

5.CODEX图谱揭示急性髓性白血病的间充质扩增神色及邻域

了解骨髓微环境的空间组织对健康的造血和疾病现象具有紧要意旨。本盘考应用骨髓 CODEX 面板探索肿瘤演变和微环境变化，并使用咱们的健康图谱行为参考。以阴性淋巴瘤分期骨髓活检 (NSM)行为对照，对用维奈克拉加低甲基化剂 (Ven/HMA) 诊治的髂嵴活检中的三个会诊 (Dx) 和两个配对诊治后 (PostTx) AML 患者样本进行了分析 。盘考发现与 NSM 比拟，Dx AML 中髓系细胞（不包括熟悉髓系细胞）的比例显贵加多，（图 6B），Dx 和 PostTx AML 样本的结构发生了昭彰变化，举例白血病环境中脂肪细胞险些十足丢失，以及在残留原始细胞的情况下，Tx 30 天后造血功能收复不十足（图 6C）。AML 中 Adipo 和 THY1+ MSC 的相对频率高 2 到 3 倍（图 6D）。而况果决出白血病群体，包括 GATA1+ NPM1c+ 双阳性群体（图 6E）。在各组邻域分析中，Dx AML 标本中，有四个富含母细胞的邻域 - Dx-CN3/CN5/CN9/CN12（图 6G ），其中两个富含 MSC 群体，THY1+ MSC 仅在这些富含母细胞的邻域中显着富集（图 6G）。 Dx-CN9 是一个富含胚泡的邻域，也富含 AEC、骨内膜细胞以及脂肪细胞和 THY1+ MSC，与健康的 EMP 生态位特别相似。两个 PostTx 胚泡富集邻域 (PostTx-CN4/CN14) 访佛于 Dx-CN9 和 NSM-早期髓系/小动脉/骨内膜邻域，即动脉-骨内膜早期髓系生态位。该盘考还不雅察到收复中的 Post-Tx GMP/EMP 邻域不包含 AEC/骨内膜细胞 (PostTx-CN8)，这可能反馈了稳态和挫折髓系细胞之间的互异。总体而言，这些数据示意了象征着造血收复的保守空间花样。Dx 和 PostTx NPM1 突变母细胞均具有与 GMP 和早期髓系细胞一致的低 HIF1A 水平。PostTx 细胞在诊治后 BCL2 略有下跌，线粒体复合物 IV 抒发加多。这可能反馈了这些 PostTx 细胞对 BCL2 通路的依赖性裁汰，以及线粒体质料的抵偿性加多。

图6 CODEX图谱作念揭示急性髓性白血病的间充质扩增及邻域

盘考回归

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这项责任代表了一个全面的、空间分辨的、多组学的东说念主类骨髓图谱，将行为将来盘考东说念主类骨髓生态位的紧要参考。标明了骨髓抽吸物行为样底本源的局限性，更深切地瓦解了造血和非造血谱系的细胞分化联接体。其数据提供了 AML-MSC 共定位的体内笔据，并标明动脉-骨内膜早期髓系邻域可能在诊治违背中阐扬作用，不及之处在于需要更千般本才能得出更广博的论断。

参考文件

[1] .Bandyopadhyay S, Duffy MP, Ahn KJ, et al. Mapping the cellular biogeography of human bone marrow niches using single-cell transcriptomics and proteomic imaging. Cell. 2024;187(12):3120-3140.e29. doi:10.1016/j.cell.2024.04.013

END

案牍 | 田慧中

排版 | 田慧中

审核 | 田慧中

发布 | 姜笑南

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