Dev Cell | 孙建龙团队揭示造血干细胞在化疗应激下的“应急”分化路径|免疫性疾病|孙建龙|特异性|祖细胞|造血干细胞

造血干细胞（HSC）被视为维持血液系统终生运转的“源头”。在稳态条件下，它们大多数时间处于静息状态，仅以极低频率补充下游祖细胞，以维持血液系统的长期稳定。然而，当化疗造成骨髓抑制（myeloablation）时，这一平衡被迅速打破。此时，沉睡的造血干细胞必须在短时间内被激活，承担起重建整个血液系统的任务。但一个长期未解的关键问题始终存在：在化疗应激下，HSC究竟何时开始产生下游细胞，又沿着怎样的分化路径完成造血再生？

202 5 年 3 月 2 日，上海科技大学生命科学与技术学院孙建龙研究员团队在 Developmental Cell 期刊在线发表了题为

Hematopoietic stem cells activate a latent differentiation pathway to facilitate recovery after 5-fluorouracil-induced myeloablation

的研究论文。该研究结合谱系示踪、单细胞转录组测序与数学建模，首次以时间分辨的方式系统描绘了5-氟尿嘧啶（5-FU）化疗后造血干细胞命运变化的动态过程。研究发现，在化疗后早期， HSC会短暂激活一条在稳态下几乎沉默的“应急”分化路径，优先产生特定的髓系偏向的多能祖细胞（MPP），从而加速造血再生。

长期以来，研究化疗后早期造血重建面临一个重要技术瓶颈。化疗药物（如5-FU）会显著改变经典造血干祖细胞（HSPC）标志物（如cKit、CD34）的表达，使传统分选策略难以准确识别真实的HSPC群体。为解决这一问题，研究团队首先确认内皮蛋白C受体（EPCR）是化疗后稳定识别HS P C的可靠标志物，并据此建立了新的干祖细胞鉴定策略，为后续动态研究提供了关键技术基础。

通过连续追踪5-FU处理后14天内HSPC数量变化，研究团队将造血重建过程划分为三个阶段：清除期（第0-3天）、扩增期（第4-9天）和恢复期（第9-14天）。令人意外的是，在清除期内，静默的原始 HSC 数量大幅下降。进一步分析显示，这一变化既不是由细胞凋亡，也不是由细胞迁移所导致，而提示 HSC可能通过快速启动分化而被消耗。

为了直接解析 HSC的分化，研究团队采用了两套正交的谱系示踪模型： Procr CreER / R osa 26 tdT omato —— 特异性标记HSC 以及 Flt3 CreER / R osa 26 EYFP —— 特异性标记MPP。结果显示， 5-FU处理显著增强了HSC向下游细胞的分化输出。尤其是在化疗后的第1天，HSC 向MPP 的分化通量急剧升高，快速生成一类髓系偏向的Flt3 - MPP。值得注意的是，这类细胞在稳态下几乎不直接接受HSC 输入。这一结果表明，化疗应激并非仅仅加速既有分化路径，而是短暂开启了一条平时极少使用的备用分化程序。该程序的激活持续时间极为短暂，在清除期末即迅速关闭，显示出高度的时间特异性。研究还发现，造血重建并非完全依赖HSC ，化疗后幸存的MPP同样也大量参与成熟血液细胞的生成，共同推动造血再生。

为了进一步定量解析这一动态过程，研究团队结合单细胞转录组测序完成数学建模，系统性推断了化疗前后不同阶段 HSC 的分化路径及其分化、增殖、损耗的速率。模型预测 HSC在化疗后短暂激活了一条“应急”分化路径，其核心功能是快速补充特定的髓系偏向MPP。该预测随后通过独立的 Fgd5 CreER / R osa 26 tdT omato 谱系示踪数据集进行得到验证。

综上，该研究突破了以往对化疗后造血再生研究所依赖的静态时间点比较的局限，首次以“ 天 ”为尺度，绘制了HSC在应激条件下的动态分化图谱，揭示了一条 “应急” 分化路径。这一发现不仅深化了我们对干细胞应激响应机制的认识，也为理解临床化疗后造血重建的个体差异提供了新的理论视角。