我國科學家在化學重編程及血小板研究領域取得重要突破

基于干細胞技術、細胞重編程技術獲取巨核細胞及血小板的研究一直是國際競爭的前沿與熱點領域之一。體外僅通過化學小分子介導的重編程技術制備人巨核細胞（血小板的前體細胞）及血小板的研究成果鮮有報道。

血小板是由骨髓等造血組織中巨核細胞產生的具有生物活性的無核細胞，在機體止血、血栓形成、免疫調節、抗感染等生理和病理過程中發揮重要作用。臨床上，血小板減少癥常見于再生障礙性貧血、特發性血小板減少性紫癜等血液系統疾病。此外，病毒/細菌性感染、創傷、急性放射病、腫瘤放化療等也易引發血小板減少。血小板輸注是臨床治療血小板減少癥、防治出血、挽救生命的主要手段之一。然而臨床上血小板供應僅有健康志愿者捐獻的唯一途徑，而血小板貯存時間短且易被污染，遇到戰爭、重大自然災害、突發公共衛生事件（如突發傳染病）發生時，血小板短缺問題就會更加突出，因此亟需運用新技術解決血小板來源問題。

基于干細胞技術、細胞重編程技術獲取巨核細胞及血小板的研究一直是國際競爭的前沿與熱點領域之一。體外僅通過化學小分子介導的重編程技術制備人巨核細胞（血小板的前體細胞）及血小板的研究成果鮮有報道。

近日，軍事醫學研究院裴雪濤/李艷華團隊聯合天津大學醫學部張健課題組運用化學重編程技術實現了人成紅細胞向巨核細胞及血小板的命運轉換，并利用單細胞轉錄組和染色質開放性測序技術系統追蹤了該過程中的細胞動態變化。2022年8月4日，干細胞領域頂級期刊《Cell Stem Cell》（《細胞·干細胞》）在線發表了相關研究論文。

在細胞重編程的研究中，種子細胞的選擇對于能否成功而有效地啟動細胞命運轉換至關重要。前期研究表明，起始細胞和目的細胞在發育譜系上親緣關系越近，越容易實現細胞類型轉化。成紅細胞是存在于骨髓、外周血和臍帶血中的一種有核紅細胞，成紅細胞和巨核細胞在發育過程中來自共同的前體，即巨核-紅系共祖細胞，它們之間緊密的譜系聯系使成紅細胞成為獲得巨核細胞理想的候選種子細胞。研究人員通過從多個表觀遺傳調控和信號通路相關的小分子化合物中篩選出一個含有四個小分子的化合物組合，驚奇地發現該小分子化合物“雞尾酒”能將人成紅細胞高效地重編程為巨核細胞。研究人員進一步確定了兩階段的誘導及巨核細胞特化的體系，最終獲得了與天然巨核細胞特性相似的誘導性巨核細胞（induced megakaryocytes, iMKs）。巨核細胞最重要的功能是能產生前血小板及血小板。研究人員首先通過體外實驗分析iMKs是否具有生成血小板的能力。在體外特定誘導分化條件下，iMKs能夠形成網狀的具有多個分支延伸突起的前血小板并釋放血小板。更為重要的是，研究人員發現iMKs來源的血小板表現出與天然血小板相似的凝血酶激活響應，并具有粘附、聚集等功能。為了確定iMKs是否具有體內生成功能性血小板的能力，研究人員將iMKs直接通過尾靜脈注射到血小板減低癥的免疫缺陷小鼠體內，他們在iMKs輸注后的第1-3天檢測到了人源性血小板，并通過微流控實驗證實這些血小板具有參與血栓形成的能力。

為了解析四個小分子“雞尾酒”如何實現成紅細胞向巨核細胞的譜系命運轉變，研究人員運用單細胞測序技術、染色質開放性測序技術對重編程過程進行了系統追蹤和深度剖析。他們發現起始細胞經歷了一個紅系/巨核共前體細胞的階段，該階段的細胞具有紅細胞及巨核細胞的雙向分化潛能。進一步分析發現，該化合物組合引發了廣泛的染色質重塑變化，紅系細胞發育關鍵性基因的染色質開放程度逐漸降低，造血及巨核發生相關的重要轉錄因子基因位點的染色質開放程度逐漸升高，從而逐漸啟動了巨核細胞發育程序。值得注意的是，他們發現iMKs可以分為兩個亞群，其中一個亞群為血小板生成偏向性強的巨核細胞，在iMKs總群體中的比例大于70%。另一個亞群是免疫偏向性的巨核系細胞，可能在免疫調節、炎癥調節過程中發揮作用。四分子的重編程體系更有利于產生血小板生成偏向性強的巨核細胞。

綜上所述，該研究團隊獨辟蹊徑，僅運用小分子化合物成功實現成紅細胞向功能性巨核細胞及血小板的命運轉變，為體外大規模人工制備巨核細胞和血小板開辟了新的路徑。該化學重編程技術具有安全可控、高效便捷等優勢，通過該技術獲得的功能性巨核細胞及血小板有望為臨床血小板短缺等問題的解決開辟全新的途徑，在血液系統疾病、急性放射病、戰創傷、病毒或細菌性傳染病等多種疾病引發的血小板減少癥、出血的防治等方面展現出潛在的臨床應用價值。

軍事醫學研究院裴雪濤研究員和李艷華研究員為該論文的共同通訊作者。軍事醫學研究院覃金華副研究員、天津大學醫學部張健副教授以及軍事醫學研究院博士研究生姜佳楠是論文的并列第一作者。該研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的支持和資助。