异基因造血干细胞移植（allogeneic hematopoietic stem cell transplantation，allo-HSCT）是目前血液系统恶性肿瘤的有效治疗手段，但移植后合并症移植物抗宿主疾病（Graft-versus-host disease，GVHD）是造成移植后患者死亡的主要原因之一。粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF）是临床上广泛应用的造血干细胞动员剂, 可通过免疫调节作用降低急性GVHD的发生率，而不影响移植物抗白血病效应[1]。北京大学人民医院黄晓军团队建立的“北京方案”，采用G-CSF动员的骨髓及外周血干细胞的移植方式，联合应用抗胸腺球蛋白的非体外去T细胞的单倍体相合移植策略，取得了与同胞全相合移植相当的疗效，且术后急性GVHD的风险较低[2-3]。此外，研究表明G-CSF动员的骨髓（G-BM）移植具有与G-CSF动员的外周血干细胞移植相当的植入效果和较低的GVHD风险[4]，提示G-BM有独特的免疫调节特性。然而，迄今为止仍未精确解析G-CSF影响人骨髓造血分化及诱导免疫耐受的机制。
近日，解放军总医院第五医学中心刘兵团队和北京大学人民医院黄晓军团队首次在单细胞精度对G-CSF刺激前后的人骨髓转录组图谱进行解析，探究了G-CSF诱导骨髓造血分化偏倚和T/NK细胞免疫低反应性的潜在机制。该研究成果于2022年6月22日发表在Cell Discovery上，文章题为“Decoding lymphomyeloid divergence and immune hyporesponsiveness in G-CSF-primed human bone marrow by single-cell RNA-seq”。
文章发表在Cell Discovery
首先，研究团队基于对健康供者G-CSF刺激前后的骨髓单细胞转录组测序，绘制了全景造血图谱。此前，小鼠研究表明G-CSF刺激能显著增强祖细胞的中性粒细胞特征，减弱B细胞祖细胞特征的表达[5]，提示骨髓造血分化的淋髓偏移。但G-CSF对人骨髓造血分化的影响尚没有明确的研究。该研究通过探究造血细胞比例和基因表达变化（图1），发现人G-BM中同样存在淋髓造血分化的偏倚，即淋系祖细胞包括共同淋系祖细胞（common lymphoid progenitor，CLP）和祖B细胞（Progenitor B cell, Pro-B）的相对比例下调，髓系祖细胞粒-单核祖细胞(granulocyte-monocyte progenitor，GMP）的比例显著上调。接下来，通过结合造血干祖细胞中细胞组成变化和淋髓分化轨迹分析，首次推测G-CSF诱导人骨髓造血淋髓偏倚最早发生在淋系倾向多潜能祖细胞（lymphoid-primed multipotent progenitor，LMPP）水平，该现象是否在小鼠中存在，有待进一步明晰。
图1. G-CSF诱导骨髓造血淋髓分化偏倚
随后，研究团队探究了G-CSF诱导免疫低反应性的机制。分析结果显示了单细胞转录组水平上G-CSF对GVHD的主要效应细胞T/NK细胞分化及功能的影响，包括增强免疫细胞凋亡和辅助性T细胞2极化，降低T/NK细胞的细胞毒性等。此外，G-CSF促进了抗原提呈细胞（例如树突状细胞和单核细胞）的负向调控免疫及抑炎相关信号通路的富集。因此，G-CSF导致T/NK细胞免疫特征变化的潜在机制包括直接作用和间接作用途径，即：G-CSF可能与T/NK细胞表面的G-CSF受体（G-CSFR）直接结合，也可通过抗原提呈细胞与T/NK细胞进行相互作用（例如S100A8:CD69 和GRN:TNFRSF1B等受配体互作），调控T/NK细胞中SOCS1, IFNG和NFKBIA等免疫调控及炎症调节相关的基因表达，诱导T/NK细胞的免疫低反应性。
综上，该研究分析了G-CSF动员前后人骨髓单细胞精度的转录组图谱，揭示了G-CSF刺激导致骨髓内造血分化淋髓偏倚的细胞层级，并深入解析了G-CSF通过直接和间接途径诱导T/NK细胞免疫低反应性的相关分子特征及潜在机制，为临床上治疗血液恶性肿瘤的HSCT策略优化及预防GVHD提供了重要线索。
刘兵研究员、黄晓军教授、常英军教授、公彦栋博士为该论文通讯作者。清华大学和军事科学院联合培养博士研究生尤国菊，军事科学院博士研究生张曼和徐正阳，郑州大学第一附属医院边志磊研究员，北京大学人民医院郭惠东博士为该研究论文的第一作者。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-022-00417-y
1. Morris ES, MacDonald KP, Hill GR: Stem cell mobilization with G-CSF analogs: a rational approach to separate GVHD and GVL? Blood 2006, 107(9):3430-3435.
2. Lu DP, Dong L, Wu T, Huang XJ, Zhang MJ, Han W, Chen H, Liu DH, Gao ZY, Chen YH et al: Conditioning including antithymocyte globulin followed by unmanipulated HLA-mismatched/haploidentical blood and marrow transplantation can achieve comparable outcomes with HLA-identical sibling transplantation. Blood 2006, 107(8):3065-3073.
3. Di Bartolomeo P, Santarone S, De Angelis G, Picardi A, Cudillo L, Cerretti R, Adorno G, Angelini S, Andreani M, De Felice L et al: Haploidentical, unmanipulated, G-CSF-primed bone marrow transplantation for patients with high-risk hematologic malignancies. Blood 2013, 121(5):849-857.
4. Morton J, Hutchins C, Durrant S: Granulocyte–colony-stimulating factor (G-CSF)–primed allogeneic bone marrow: significantly less graft-versus-host disease and comparable engraftment to G-CSF–mobilized peripheral blood stem cells. Blood 2001, 98(12):3186-3191.
5. Giladi A, Paul F, Herzog Y, Lubling Y, Weiner A, Yofe I, Jaitin D, Cabezas-Wallscheid N, Dress R, Ginhoux F et al: Single-cell characterization of haematopoietic progenitors and their trajectories in homeostasis and perturbed haematopoiesis. Nature Cell Biology 2018, 20(7):836-846
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