Cell:单细胞测序绘制骨髓基质细胞全景图谱,助力急性白血病诊断治疗
2019/05/30
最新研究显示,单细胞RNA测序可以绘制骨髓基质细胞的完整类群,并为急性白血病研究提供新的研究视角。


DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.040

最新发布在《Cell》杂志上的一项研究表明,单细胞测序可以绘制骨髓基质细胞的完整类群,并为白血病研究提供新的视角。这一新研究由美国哈佛大学的David T. Scadden教授和马萨诸塞州综合医院Broad研究所的Aviv Regev团队合作而成。他们创新地使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术对急性髓(细胞)性白血病(AML)小鼠的骨髓基质细胞进行研究。


David T. Scadden教授(右一)及其同事 图片来源:马萨诸塞州综合医院

新研究视角:骨髓基质

AML是一种高度致命的白血病类型,常常发生在骨髓细胞成长周期发生中断时血液中未成熟细胞过度繁殖的情形下。一般情况下,被诊断为AML的成年人5年生存率最多只有30%。

本次研究中便针对这一“绝对致命”的血癌类型进行研究。通过AML小鼠模型研究发现,在病程发展过程中,骨髓基质细胞改变了骨髓微环境,导致骨髓干细胞和血液发育干细胞因子的生长被阻断。


因此,探索骨髓基质细胞映射骨髓微环境或许成为白血病研究提供了新的视角。尽管基质细胞充斥在几乎所有器官中,且其成分并不为人所知,但它对器官发育和身体调控修复都起到关键作用。此外,骨髓基质细胞更是发挥着影响造血功能的重要角色,对白血病的发展有着不可取代的作用。

新研究手段:单细胞测序(scRNA-seq)

本次研究创新性地运用了单细胞测序手段对骨髓基质进行归类,来验证不同类别的基质亚群对调控造血功能关键因子表达上的差异,同时也探究骨髓基质与癌细胞通信之间的关系,来进一步的认识AML的病因。

首先,研究人员对稳态条件的骨髓基质进行单细胞测序。

研究人员通过聚类分析将骨髓基质细胞归纳为17个类别,并进一步分析了不同类别的基质细胞在基因表达特征上的差异,以探究类别之间的分化关系,和同一类别内部深层分化的潜能。

研究人员分析发现,这两种不同类型的分化关系拥有不同的分化来源,并在调控造血功能关键因子的表征水平上也有显著差异,具有不同造血分化潜能。

接着,研究人员利用单细胞测序检测急性髓性白血病与基质细胞的相互关系。

研究人员发现,新发的AML导致了间充质成骨分化和正常造血所必需的调节因子的下调;并干扰骨髓基质干细胞中关键因子的表达,破坏正常血细胞的生成,促进肿瘤发展。并且,随着癌细胞的生长,基质细胞各亚群比例也发生显著变化,这一变化与AML病人中观察到的细胞群体变化相一致。

卡罗林斯卡医学院女性和儿童健康系助理教授Ninib Baryawno全程参与了这一研究项目。 他表示,“我们对骨髓基质细胞进行了独特而完整的表征,结果比以前预期的要复杂得多。但我们的工作为癌细胞如何实现与特定基质细胞进行通信并破坏正常组织功能来促进肿瘤生长提供了证据。”

他表示,在未来的研究中,还可以深入了解癌细胞是如何在细胞和分子水平的几个层面上改变基质的,这也是白血病的治疗必须考虑到的不同层面。另外,这一研究也为单细胞测序在其他疾病治疗研究中的应用提供了相关经验。

参考文献:

[1] A Cellular Taxonomy of the Bone Marrow Stroma in Homeostasis and Leukemia

[2] The bone marrow microenvironment at single-cell resolution

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