造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）是造血的起点，机体一生中产生的所有成熟血细胞都来源于此。骨髓中的这些多能HSCs处于半休眠状态，可以长期自我更新，能在分化成各类血细胞之前产生出自我更新能力减弱的多能祖细胞（multipotent progenitors，MPPs）。

几十年来，人们一直认为，在产生寡能祖细胞和定向干细胞的过程中，MPPs的多向分化潜能在逐步下降。支撑这一理论的关键是存在共同淋巴样祖细胞（common lymphoid progenitors，CLPs）和共同髓系祖细胞（common myeloid progenitors，CMPs）这样的寡能祖细胞，因为它们决定了多能干细胞所能分化的定向干细胞。然而，加拿大多伦多大学的Faiyaz Notta等人和以色列魏茨曼科学研究所Franziska Paul等人的最新研究却显示，人类和小鼠的骨髓中并不存在CMPs。同一时间，美国阿尔伯特·爱因斯坦医学院的Jalal A.Khan等人在小鼠胎肝中观察到少量增生性HSCs。

在标准的教科书模型中，所有的髓系细胞，包括红系细胞、粒系细胞、巨核系细胞和单核系细胞都是从寡能CMPs中分化而来，因为用流式细胞仪分离出来的CMPs有潜力在体外和体内试验中产生出所有类型的髓系细胞。然而，这样的分析是在细胞群水平上进行的，故而CMPs也有可能包含几种定向干细胞，而不是仅由一种寡能祖细胞组成。

Notta等人从人的胎肝、脐血和成人骨髓中鉴定出了11种不同的细胞群，发现MPPs、CMPs和巨核-红系祖细胞（megakaryocyte-erythroid progenitors，MEPs）之间存在大量的异质性。随后，研究人员进一步分析了每种细胞群产生粒细胞、单核细胞、巨核细胞和红系细胞的潜能。近3000个细胞的评估结果提示，在骨髓造血过程中占主导地位的是定向干细胞，而不是寡能祖细胞。小鼠实验显示，巨核细胞由HSCs或MPPs直接分化而来，无需经过寡能CMP和MEP等中间过程。其他学者也在小鼠实验中也观察到类似现象，即HSC中的干细胞样巨核系祖细胞在应激条件下可以快速产生新的血小板。

Paul等人完成了2700多个小鼠髓系祖细胞的单细胞转录组分析，并根据3461个基因的表达情况将这些细胞分类，最后发现有19个祖细胞亚群的基因表达谱相似，而且每个髓系祖细胞亚群在转录时都朝着某个特定的髓系细胞分化。例如，MEPs分离后将呈现同样的红系祖细胞表达谱，而没有明显的巨核细胞表达特征。这和Notta等人的发现不谋而合，即髓系细胞是从HSCs或MPPs直接分化而来。

Notta和Paul等人的研究提示，要么CMPs是一个极为短暂的细胞状态，要么就根本不存在这样的寡能祖细胞，至少在小鼠和人的骨髓中没有。Notta等人还提出了人类骨髓的一个更加简单的双层模型：顶层是HSCs或MPPs等多能干细胞，底层是定向干细胞。祖细胞在内稳态中似乎只能根据其基因表达谱产生某种特定的细胞系，但巨核-红系祖细胞移植给小鼠后却能产生巨核细胞和红系细胞。这说明，干细胞或它们的祖细胞在应激条件下具有的分化潜能比正常不受干扰的情况下大得多。

成人HSC是休眠、自我更新，还是朝着特定的细胞系分化与其所处的微环境相协调。成人骨髓中除了造血细胞外，还存在小动脉周细胞、表达瘦素受体的周细胞和巨核细胞。在造血过程中，胎肝HSCs（HSCs in the fetal liver，FL-HSCs）具有高度增生性，经由寡能祖细胞逐步分化成其他各系血细胞，与骨髓HSCs的分化过程不同。然而，促进胚胎和胎儿的FL-HSC扩增的内环境仍不得而知。

Khan等人报道，小鼠胎肝门静脉中也存在表达巢蛋白（nestin）和神经胶原抗原2（neural/glial antigen 2，NG2）的周细胞，正是它们维持了FL-HSCs的高度增生性，而且FL-HSCs所在的位置也极为接近这些周细胞。体外研究显示，这些周细胞足以维持FL-HSCs的活性，而不是其他胎肝成分。删除小鼠体内表达NG2的细胞（98%为表达巢蛋白的周细胞）后，FL-HSCs的数量减少，增生性下降。

有趣的是，既往研究显示，骨髓中表达巢蛋白的周细胞使HSCs处于静止状态。为了找到这种差异背后的原因，Khan等人进行了比较转录组分析，但并未发现维持干细胞的信号分子在胎肝和骨髓中存在表达差异，而在胎肝周细胞中观察到与细胞周期和血管形成有关的信号分子非常丰富，提示胎肝的微环境和FL-HSCs扩增相关联。

为何FL-HSCs在出生后就离开了肝脏呢？从Khan等人的小鼠实验中可以看到，出生时的脐带结扎引起了门静脉血流动力学的急剧变化，导致表达巢蛋白的周细胞丧失，从而破坏了门静脉干细胞赖以生存的微环境。因此，造血过程被迫从肝脏转移到成人骨髓中进行，并促进HSCs在机体成年后处于休眠状态。胎肝周细胞促进FL-HSCs增生而不分化的潜能或许可用于扩增脐血中的HSCs，有临床应用价值。

（作者：包丽霞、邱梅)

参考文献：Science 2016;351:126-127