2023年3月18日，细胞生态海河实验室程涛教授牵头，联合基础、临床、生信平台等多个团队开展科研攻关，在《Science Immunology》（IF=30.63）期刊在线发表了题为“Single-cell dissection of human hematopoietic reconstitution after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation”的研究论文（细胞生态海河实验室为第一完成单位）。首次刻画了患者经allo-HSCT后体内HSPCs和包括中性粒细胞各阶段在内所有成熟细胞的重建图谱，详细解析了HSPCs在allo-HSCT各阶段的精密调控，为应对allo-HSCT后可能出现的PGF、免疫重建差异和GVHD等提供了可靠的参考基准。
该研究利用了单细胞标记逆转录RNA测序法（STRT-seq）和10×Genomics平台的3’端单细胞转录组测序方法，分别对经流式分选后的Lin-CD34+细胞和总有核细胞（TNCs）进行建库及深度测序，并基于转录组特征对Lin-CD34+细胞分群：共分为HSC/多潜能祖细胞（MPPs），淋系启动的多能祖细胞（LMPPs），巨核红系祖细胞（MEPs），嗜酸-嗜碱-肥大细胞祖细胞（EBMs），B-NK祖细胞（BNKs），单能中性粒细胞祖细胞（NePs）和基质细胞（Stromal cells）等10群。首先分析了HSPCs在组分上的动力学变化，结果显示供者采集物（Donor）中HSC/MPPs和LMPPs比例显著增加，其占比在移植重建过程中逐渐下降；Donor和移植后第一天（d1）样本中HSPC组分更加相似，造血重建时（d14）和移植后30天（d30）骨髓（BM）中HSPCs构成相似；自移植后60天（d60）起，移植患者HSPCs组成开始出现差异，主要是BNKs所致。
随后，该研究利用全外显子测序中的单核苷酸多样性信息，对6名移植患者移植后的BM/外周血（PB）细胞进行单细胞转录组嵌合分析。在随访中，患者遗留细胞集中于移植后第一天（d1），Lin-CD34+细胞中约有1%的细胞为受者遗留细胞，其中85.7%为基质细胞。在分析中发现了一例在移植后90天，遗留细胞骤增（PB中遗留T细胞占该时间点所有T细胞的36.2%）的特殊病例，该患者进行了全相合移植，且无急性移植物抗宿主病（aGVHD）发生，该病例可能代表了临床中一类极为特殊的患者群体，提示循环中的遗留T细胞可在移植患者体内复现并发挥潜在作用。
接下来，研究人员对HSC/MPPs、寡能祖细胞和中性粒细胞祖细胞进行详细阐释。研究发现，HSC/MPPs表现出巨核-红系偏倚和强烈的增殖倾向。与HSC/MPPs一致，d1捕获到的寡能祖细胞（MEPs、GMPs和EBMs）同样具有强烈的增殖倾向，并在转录组上表现为谱系分化受抑的模式。此外，该研究发现了具有独特免疫调控表达谱的粒系祖细胞——S100Ahigh Neus（包含S100Ahigh Neu1和S100Ahigh Neu2），其在粒细胞集落刺激因子（G-CSF）动员后富集，同时能够在移植患者的HSPCs中持续存在。前瞻性临床队列（n=32）提示，发生aGVHD的患者（n=17）的S100Ahigh Neu2输注量明显少于未发生aGVHD的患者（n=15，P<0.01）。
综上，该研究成果为移植后HSPCs的动力学重建提供了全面的见解和参考，为深入理解allo-HSCT的移植生态提供了宝贵的证据。同时，该研究提出了移植后免疫重建差异的时间窗口和识别aGVHD高危患者的早期预警指标，有助于临床诊疗中对移植患者发生重建不良及aGVHD进行早期诊断和干预，为基础研究向临床应用的转化提供了新角度。
细胞生态海河实验室程涛教授、郝莎副教授和姜尔烈教授为该文共同通讯作者。团队成员霍莹莹、武林杰、庞爱明、李清和洪芳为并列第一作者。
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