单细胞转录组分析确定人类个体发育过程中红细胞前体免疫倾向群体
近年来有研究提示红细胞具有一定的免疫调控特征，但红细胞免疫调控是所有红细胞兼而有之还是部分红细胞所特有，仍是领域的前沿科学问题。由于技术的局限，人早期胚胎发育红细胞的研究止步于形态学描述，严重制约了对红细胞新功能的探索。2022年6月，Nature Immunology期刊的一篇题为Single-cell transcriptomic analysis identifies an immune-prone population in erythroid precursors during human ontogenesis的研究论文，对人体多个发育阶段位点（卵黄囊、胎肝、早产及正常脐带血和成人骨髓）的有核红细胞进行了单细胞转录组测序分析，构建了人类有核红细胞从胚胎到成年的细胞和分子全景图，揭示了有核红细胞的异质性和发育阶段特异性，鉴定并证实了一个有核红细胞新功能群体─免疫调控红细胞亚群。
首先，作者们对不同发育阶段的有核红细胞进行无偏颇分析，发现其整体可以分为经典有核红细胞亚群和具有免疫调控特征的有核红细胞亚群。对经典有核红细胞亚群的深入分析揭示了不同位点来源有核红细胞在信号通路和转录调控等方面的差异，发现了卵黄囊有核红细胞具备的离子转运、高蛋白合成等独特的性质。其次，作者们还将体内红细胞与体外胚胎干细胞诱导分化而来的红细胞进行了平行比较，发现由体外产生的红细胞存在蛋白合成不足、代谢紊乱等缺陷，这可能是体外无法高效产生功能性红细胞的原因之一。最后，作者们将重点聚焦在上述发现的免疫调控红细胞亚群，时序分析发现该亚群具有与经典红细胞不同的分化路径。通过计算筛选到免疫调控红细胞亚群中特异性高表达的表面标志CD63，并在人胎肝组织原位检测到CD63表达的有核红细胞。并且从人胎肝、脐带血及成年骨髓多个位点分选出表达CD63的有核红细胞亚群，与不同的免疫细胞群体共孵育，发现其显著促进了免疫细胞中炎症因子的分泌，证明了该亚群的免疫调控功能。细胞间互作分析后还发现免疫调控红细胞与各种免疫细胞之间存在更强的潜在相互作用，比如免疫调控红细胞还兼容了红细胞与免疫细胞两套转录调控。
该研究对人体发育过程中多个器官有核红细胞的分子表征和异质性进行了系统分析，揭示了人早期胚胎红细胞独特的分子特征，为红细胞领域提供了非常有价值的数据资源，为体外批量产生功能性红细胞奠定了理论基础；同时还成功鉴定和验证了免疫红细胞亚群的存在，开拓了有核红细胞的新功能研究领域。免疫调控红细胞作为免疫调控网络中的新成员，有望重塑机体稳态及疾病状态下的免疫调控网络，将为深刻认知多种重大疾病的发生、发展及治疗中的免疫调控提供全新的视角。
参考文献：Xu C, He J, Wang H, Zhang Y, Wu J, Zhao L, Li Y, Gao J, Geng G, Wang B, Chen X, Zheng Z, Shen B, Zeng Y, Bai Z, Yang H, Shi S, Dong F, Ma S, Jiang E, Cheng T, Lan Y, Zhou J, Liu B, Shi L. Single-cell transcriptomic analysis identifies an immune-prone population in erythroid precursors during human ontogenesis. Nat Immunol. 2022 Jun 27. doi: 10.1038/s41590-022-01245-8. Epub ahead of print. PMID: 35761081.
撰写人:宁夏/熊永伟