中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所腫瘤微環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室日前在Nature子刊 Cell Death & Disease上發(fā)表題目為《Single cell transcriptomic analysis of human mesenchymal stem cells reveals limited heterogeneity》的文章，對大量樣本運(yùn)用微流體單細(xì)胞捕獲系統(tǒng)和二代測序技術(shù)，進(jìn)行了間充質(zhì)干細(xì)胞的亞群的均一性分析，為臨床治療的優(yōu)化提供了可行性探究。

間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是多潛能細(xì)胞，由于它們的自我更新特性和多重分化潛力，使用體外擴(kuò)增進(jìn)行再生醫(yī)學(xué)療法很有前景。目前已從各種組織和器官中分離出MSC，盡管骨髓來源的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMMSCs)具有最廣泛用于治療潛力探索，但臍帶(UC)似乎更適合臨床應(yīng)用。相比對于BM-MSC，UC-MSC更為大量且容易收獲，沒有復(fù)雜的BM抽吸程序。重要的是，UC-MSCS是在生命的早期衍生的，在體內(nèi)移植時具有較低的免疫原性。盡管它們大多是同種異體的，但它們的治療作用在臨床前已證實(shí)療效。

用于單細(xì)胞測序的MSCs的制備工藝MSC在組織再生方面的研究在炎癥性疾病方面取得了的成功，歸因于MSCS免疫調(diào)節(jié)的能力。、其療效首次在一名9歲患有類這固醇和環(huán)孢菌素耐藥的移植物抗宿主病的患者身上發(fā)現(xiàn);然而，成功的結(jié)果并不總是可以實(shí)現(xiàn)的?？紤]到炎癥在使骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有免疫抑制能力方面的關(guān)鍵作用，一系列利用炎癥細(xì)胞因子(IFNγ和TNFα)聯(lián)合在體外預(yù)處理骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的研究已經(jīng)在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了改善了自身免疫性疾病的治療效果。炎癥細(xì)胞因子可誘導(dǎo)MSCs中趨化因子和免疫抑制因子如CCL5、CXCL9、吲哚胺2,3-二加氧酶(IDO)、前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2(PTGS2)和TNFα刺激基因6(TSG6)的強(qiáng)烈表達(dá)，從而通過協(xié)同作用導(dǎo)致免疫抑制。

對來自兩個不同供體和三個通道的UC-MSCs進(jìn)行PCA分析在控制MSCs臨床應(yīng)用效果的重要參數(shù)中，MSC類群的標(biāo)準(zhǔn)化是第一位的。來自不同供體、組織、克隆甚至來自同一克隆的不同細(xì)胞的間充質(zhì)干細(xì)胞可能存在異質(zhì)性。延遲型超敏反應(yīng)(DTH)小鼠模型的初步研究表明，從不同供體分離出的間充質(zhì)干細(xì)胞對治療DTH有不同的作用?？寺￠g異質(zhì)性可能是臨床試驗(yàn)結(jié)果不一致的原因。單細(xì)胞測序技術(shù)的發(fā)展為探索單細(xì)胞水平的異質(zhì)性提供了一種獨(dú)特的方法。迄今為止，對人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的研究大多是基于大量的類群，迫切需要對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的單細(xì)胞分析進(jìn)行詳細(xì)的研究，以闡明其多重性變化。

研究人員采用微流體單細(xì)胞捕獲系統(tǒng)和二代測序技術(shù)來研究人類UC-MSCs的轉(zhuǎn)錄不均一性。在對361個UC-MSCs和159個暴露于炎性細(xì)胞因子中的樣本分析后，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)的UC-MSCs普遍存在亞群。

左圖：WGCNA揭示了MSC熱圖的關(guān)鍵模塊，各模塊在各子簇中的意義

右圖：不同數(shù)據(jù)集模塊保存得分的熱圖。模塊保存分?jǐn)?shù)由z-總結(jié)分?jǐn)?shù)表示

權(quán)重基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析顯示(WGCNA)，UC-MSCs只具有令人驚訝的有限的異質(zhì)性，主要受某些關(guān)鍵基因模塊的控制。經(jīng)過炎癥細(xì)胞因子(IFNγ和TNFα)預(yù)處理后MSCs表現(xiàn)出與基因表達(dá)的一致變化。基于細(xì)胞周期的主成分分析(PCA)表明，UC-MSCs的異質(zhì)性與其進(jìn)入G2/M期密切相關(guān)。這是通過觀察一個特征基因CD168以細(xì)胞周期依賴的方式表達(dá)被進(jìn)一步證明的。當(dāng)高含量CD168的 UC-MSCs在體外分類培養(yǎng)時，再次顯示出相似的CD168表達(dá)模式?；谶@些基因的進(jìn)一步分析證實(shí)了細(xì)胞周期分布是UC-MSCS異質(zhì)性來源的一個重要原因。結(jié)合其他研究的信息，結(jié)果表明，UC-MSCs是一個相對均一的細(xì)胞群，分離和擴(kuò)增方案的標(biāo)準(zhǔn)化對于獲得更好的臨床結(jié)果是極為可行的。

擴(kuò)增的間充質(zhì)干細(xì)胞的有限異質(zhì)性與細(xì)胞周期階段相關(guān)數(shù)據(jù)

細(xì)胞周期階段決定間充質(zhì)干細(xì)胞的異質(zhì)性相關(guān)數(shù)據(jù)

在該研究中，采用了大量樣本，利用Fluidigm C1微流控系統(tǒng)進(jìn)行單細(xì)胞制備。在文庫構(gòu)建前，提取的RNA需要進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制，包括降解、污染、濃度、純度及完整性檢測。其中純度的檢測使用了Implen Nanophotometer®超微量分光光度計，并獲得了可靠的結(jié)果，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)流程提供了一致性的流程控制數(shù)據(jù)。

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使用Nanophotometer® 系列超微量分光光度計進(jìn)行核酸純度檢測的優(yōu)勢，在于其多光譜檢測的準(zhǔn)確性和極快的檢測速度，可提供可靠的260/280、260/230比值，以評估核酸純度。這基于德國Implen專利的樣品壓縮技術(shù)。

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