开发者社区

文档建议反馈控制台

文章/答案/技术大牛

发布

社区首页 >专栏 >课前准备--空间转录组学分析揭示小鼠和人类中独特的红系造血niche

课前准备--空间转录组学分析揭示小鼠和人类中独特的红系造血niche

原创

作者头像

追风少年i

发布于 2026-07-06 09:03:38

发布于 2026-07-06 09:03:38

910

举报

作者，Evil Genius

大家的visium HD（Stereo-seq）数据分析还好么？2026空间转录组系列课程针对这部分刚开始，感兴趣一起来交流交流吧。

今日参考文献

知识积累

哺乳动物的终末红系造血发生在称为“成红细胞岛”（EBIs）的特殊造血微环境中，这种结构由中央巨噬细胞及其周围发育中的成红细胞组成。

结果1、C1q是小鼠胎肝造血中成红细胞岛巨噬细胞的标志物

研究手段：利用Visium空间转录组学技术，对小鼠胎肝（E14.5和E13.5）进行空间基因表达分析，并结合scRNA-seq数据，以无偏倚方式研究红系造血微环境。

关键发现：

C1q⁺巨噬细胞是小鼠胎肝中成红细胞岛（EBI）中央巨噬细胞的标志物。

C1q⁺巨噬细胞与红系细胞及红系祖细胞在空间上高度正相关，且这种相关性随发育（E13.5→E14.5）而增强。

C1q⁺巨噬细胞高表达支持红系造血的关键分子，包括黏附分子（Vcam1）、核吞噬清除相关基因（MerTK、Timd4、Dnase2a）、铁代谢基因（Hmox1、Slc40a1、Trf）以及滋养因子（Igf1、Il18）等。

C1q⁺巨噬细胞还高表达CD169和CD163，且与EpoR⁺巨噬细胞有重叠但不完全等同。

验证手段：通过Xenium高分辨率原位杂交在单细胞水平进一步验证了C1q⁺巨噬细胞与红系细胞的空间邻近关系，并量化了成红细胞岛的尺寸和细胞数量。

总体结论：C1q是小鼠胎肝中成红细胞岛巨噬细胞的特异性标志物，这些细胞在空间上与红系细胞紧密相邻，并在支持红系造血（黏附、核清除、铁代谢、营养支持）中发挥关键作用。

结果2、C1q⁺是小鼠骨髓中成红细胞岛巨噬细胞的标志物

主题	关键结论
C1q⁺是小鼠骨髓EBI巨噬细胞的标志物	在新生和成年小鼠骨髓中，C1q⁺巨噬细胞均与红系细胞空间共定位，而其他巨噬细胞则无此特征。成年骨髓中这种相关性减弱，提示存在年龄相关变化。
技术改进	采用无需脱钙的冰冻切片法，获得更高质量的成年骨髓空间转录组数据。
C1q的功能	C1q通过结合胞核表面暴露的磷脂酰丝氨酸，促进巨噬细胞对排出的胞核（pyrenocytes）的吞噬清除。体外共培养和体内C1qa敲除实验均证实C1q缺失导致胞核积累。
C1q对EBI结构并非必需	C1qa敲除小鼠中细胞空间相关性未发生明显改变，说明C1q参与胞核清除功能，但对EBI结构的组装不是必需的。

C1q是小鼠骨髓EBI巨噬细胞的特异性标志物，其功能主要在于促进排出的胞核的吞噬清除，而不参与EBI结构的形成。

结果3、人类成红细胞岛是不依赖巨噬细胞的红系细胞簇

主题	关键结论
人类EBI的核心特征	人类胎肝中的红系细胞与红系祖细胞形成聚集，但不依赖于巨噬细胞（C1Q⁺或其他巨噬细胞均无空间关联）。
与小鼠的关键差异	小鼠EBI以C1q⁺巨噬细胞为中心，人类则缺乏巨噬细胞与红系细胞的空间共定位，红系细胞簇的形成主要依赖红系-红系祖细胞之间的相互作用。
发育阶段差异	孕16周胎肝中红系-红系祖细胞相关性比孕12周更强，提示随着发育进程，红系细胞聚集更加紧密。
定量特征	人类胎肝EBI平均直径与小鼠相当（约80 μm），但每个EBI含有的成红细胞数量（约50个）多于小鼠（约25个）。

人类的成红细胞岛并非以巨噬细胞为核心，而是由红系细胞与红系祖细胞自发聚集形成的不依赖巨噬细胞的细胞簇，这与小鼠中C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI结构形成鲜明对比。

技术方法

脱钙处理会导致RNA降解，阻碍临床骨髓样本的空间转录组研究。

采用骨髓凝块切片（无需脱钙，临床常规制备）进行Visium空间转录组检测。

对一名50岁健康个体的骨髓凝块切片进行分析，鉴定出9个细胞群。

人类骨髓的空间转录组特征

人类骨髓造血细胞群的空间分布异质性高于胎肝。

人类成年骨髓中巨噬细胞数量少于小鼠，且以C1Q⁺型为主。

整合两个已发表的scRNA-seq数据集进行细胞类型富集分析。

巨噬细胞与红系细胞的空间关系

C1Q⁺巨噬细胞与红系细胞/红系祖细胞的分布明显分离，无空间关联。

红系细胞与红系祖细胞之间紧密共分布，呈强空间正相关。

以上结果在独立切片、另外3名健康个体中均得到验证。

人类成红细胞岛（EBI）的结构特征

人类EBI不依赖巨噬细胞，由红系细胞与红系祖细胞聚集形成。

每个EBI（80 μm直径范围内）平均含38.9±3.5个细胞。

C1Q⁺巨噬细胞周围多为基质细胞和中性粒细胞，而非红系细胞。

人类EBI结构与小鼠截然不同（小鼠以C1q⁺巨噬细胞为核心）。

多种验证手段一致证实

骨髓活检（H&E染色、共聚焦成像）：EBI以CD235a⁺红系细胞为主，缺乏中央巨噬细胞；CD68染色位于EBI外周而非内部。

C1QA RNA + CD235a免疫荧光：C1QA⁺巨噬细胞随机分布，多被CD235a⁻细胞包围。

骨髓穿刺涂片（Wright-Giemsa、普鲁士蓝铁染色）：巨噬细胞多与其他谱系关联或孤立分布。

iPS细胞来源的骨髓类器官模型验证

CD235a⁺红系细胞形成不依赖巨噬细胞的细胞簇。

CD68⁺细胞散在分布，多靠近血管，不被红系细胞包围。

定量分析：随机球体→最近成红细胞 ≈ 巨噬细胞→最近成红细胞 ≈ 16 μm；而成红细胞→最近成红细胞的平均距离接近于0，表明红系细胞之间紧密聚集。

结论

巨噬细胞与成红细胞并不紧密关联。巨噬细胞在人类骨髓EBI结构形成中不起关键作用。

人类骨髓中的成红细胞岛是不依赖巨噬细胞的红系细胞簇，由红系细胞与红系祖细胞自发聚集形成，与小鼠中以C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI结构存在根本性物种差异。

结果4、小鼠和人类在应激条件下的成红细胞岛

主题	小鼠	人类
脾脏在应激造血中的作用	重要，是髓外造血的主要场所	微乎其微，骨髓足以代偿
稳态下EBI特征	C1q⁺巨噬细胞与红系细胞空间关联强（脾脏>胎肝/骨髓）	C1Q⁺巨噬细胞与红系细胞无空间关联，红系-红系祖细胞紧密聚集
应激状态下变化	① C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI扩大，红系细胞增多；② 不依赖巨噬细胞的红系-红系相互作用显著增强（归一化后仍增加）	MDS患者治疗后，红系-红系祖细胞空间相关性恢复性提高
C1q的功能必要性	C1qa缺失不改变脾脏中细胞空间相关性	—
临床意义	—	红系细胞连接性降低是MDS的发育异常特征，治疗可部分恢复

小鼠：脾脏是应激红系造血的重要场所，以C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI在溶血应激下显著扩大，同时不依赖巨噬细胞的红系-红系相互作用也增强，提示两类EBI（巨噬细胞依赖型和非依赖型）在应激中均发挥作用。

人类：脾脏不参与应激红系造血，骨髓是主要代偿器官。在MDS等病理状态下，红系-红系祖细胞的空间连接性降低（发育异常特征），但治疗后可部分恢复，进一步证实不依赖巨噬细胞的红系细胞簇是人类的保守特征。

结果5、ICAM4介导人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成

主题	关键结论
关键分子	ICAM4是介导人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成的核心黏附分子。
主要相互作用对	ICAM4–RHAG、ICAM4–ITGA2B（人类红系细胞与红系祖细胞之间）；小鼠中则为Vcam1–Itga4（巨噬细胞-红系细胞之间）。
表达动态	ICAM4在红系分化早期（CD235a⁺CD71⁺）高表达，晚期（CD235a⁺CD71^med）下调，提示其在成红细胞岛组装和成熟释放中发挥时序性调控作用。
功能验证	① iPS细胞骨髓类器官：抗ICAM4阻断后，红系细胞数量及EBI数量/大小均显著减少；抗RHAG、抗αv-整合素无此效果。② 体外集落形成实验（纯红系分化体系）：抗ICAM4处理后红系集落显著减少，排除巨噬细胞干扰，证实ICAM4直接介导红系-红系聚集。
病理意义	MDS患者骨髓成红细胞中ICAM4表达显著降低，提示EBI完整性受损是MDS的发育异常特征。

ICAM4是人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成的关键分子，通过介导红系细胞与红系祖细胞之间的同型/异型聚集来维持EBI结构。

小鼠与人类在EBI形成机制上存在根本性差异：小鼠依赖巨噬细胞-红系相互作用（Vcam1–Itga4等），而人类依赖红系-红系之间的相互作用（ICAM4–RHAG/ITGA2B）。

ICAM4表达下调可能是MDS中红系发育异常的重要分子机制之一。

最后来看看方法

visium部分

生活很好，有你更好。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

评论

登录后参与评论

0 条评论

热度

最新

目录

作者，Evil Genius

大家的visium HD（Stereo-seq）数据分析还好么？2026空间转录组系列课程针对这部分刚开始，感兴趣一起来交流交流吧。

今日参考文献

知识积累

哺乳动物的终末红系造血发生在称为“成红细胞岛”（EBIs）的特殊造血微环境中，这种结构由中央巨噬细胞及其周围发育中的成红细胞组成。

结果1、C1q是小鼠胎肝造血中成红细胞岛巨噬细胞的标志物

研究手段：利用Visium空间转录组学技术，对小鼠胎肝（E14.5和E13.5）进行空间基因表达分析，并结合scRNA-seq数据，以无偏倚方式研究红系造血微环境。

关键发现：

C1q⁺巨噬细胞是小鼠胎肝中成红细胞岛（EBI）中央巨噬细胞的标志物。

C1q⁺巨噬细胞与红系细胞及红系祖细胞在空间上高度正相关，且这种相关性随发育（E13.5→E14.5）而增强。

C1q⁺巨噬细胞高表达支持红系造血的关键分子，包括黏附分子（Vcam1）、核吞噬清除相关基因（MerTK、Timd4、Dnase2a）、铁代谢基因（Hmox1、Slc40a1、Trf）以及滋养因子（Igf1、Il18）等。

C1q⁺巨噬细胞还高表达CD169和CD163，且与EpoR⁺巨噬细胞有重叠但不完全等同。

验证手段：通过Xenium高分辨率原位杂交在单细胞水平进一步验证了C1q⁺巨噬细胞与红系细胞的空间邻近关系，并量化了成红细胞岛的尺寸和细胞数量。

总体结论：C1q是小鼠胎肝中成红细胞岛巨噬细胞的特异性标志物，这些细胞在空间上与红系细胞紧密相邻，并在支持红系造血（黏附、核清除、铁代谢、营养支持）中发挥关键作用。

结果2、C1q⁺是小鼠骨髓中成红细胞岛巨噬细胞的标志物

C1q是小鼠骨髓EBI巨噬细胞的特异性标志物，其功能主要在于促进排出的胞核的吞噬清除，而不参与EBI结构的形成。

结果3、人类成红细胞岛是不依赖巨噬细胞的红系细胞簇

人类的成红细胞岛并非以巨噬细胞为核心，而是由红系细胞与红系祖细胞自发聚集形成的不依赖巨噬细胞的细胞簇，这与小鼠中C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI结构形成鲜明对比。

技术方法

脱钙处理会导致RNA降解，阻碍临床骨髓样本的空间转录组研究。

采用骨髓凝块切片（无需脱钙，临床常规制备）进行Visium空间转录组检测。

对一名50岁健康个体的骨髓凝块切片进行分析，鉴定出9个细胞群。

人类骨髓的空间转录组特征

人类骨髓造血细胞群的空间分布异质性高于胎肝。

人类成年骨髓中巨噬细胞数量少于小鼠，且以C1Q⁺型为主。

整合两个已发表的scRNA-seq数据集进行细胞类型富集分析。

巨噬细胞与红系细胞的空间关系

C1Q⁺巨噬细胞与红系细胞/红系祖细胞的分布明显分离，无空间关联。

红系细胞与红系祖细胞之间紧密共分布，呈强空间正相关。

以上结果在独立切片、另外3名健康个体中均得到验证。

人类成红细胞岛（EBI）的结构特征

人类EBI不依赖巨噬细胞，由红系细胞与红系祖细胞聚集形成。

每个EBI（80 μm直径范围内）平均含38.9±3.5个细胞。

C1Q⁺巨噬细胞周围多为基质细胞和中性粒细胞，而非红系细胞。

人类EBI结构与小鼠截然不同（小鼠以C1q⁺巨噬细胞为核心）。

多种验证手段一致证实

骨髓活检（H&E染色、共聚焦成像）：EBI以CD235a⁺红系细胞为主，缺乏中央巨噬细胞；CD68染色位于EBI外周而非内部。

C1QA RNA + CD235a免疫荧光：C1QA⁺巨噬细胞随机分布，多被CD235a⁻细胞包围。

骨髓穿刺涂片（Wright-Giemsa、普鲁士蓝铁染色）：巨噬细胞多与其他谱系关联或孤立分布。

iPS细胞来源的骨髓类器官模型验证

CD235a⁺红系细胞形成不依赖巨噬细胞的细胞簇。

CD68⁺细胞散在分布，多靠近血管，不被红系细胞包围。

定量分析：随机球体→最近成红细胞 ≈ 巨噬细胞→最近成红细胞 ≈ 16 μm；而成红细胞→最近成红细胞的平均距离接近于0，表明红系细胞之间紧密聚集。

结论

人类骨髓中的成红细胞岛是不依赖巨噬细胞的红系细胞簇，由红系细胞与红系祖细胞自发聚集形成，与小鼠中以C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI结构存在根本性物种差异。

结果4、小鼠和人类在应激条件下的成红细胞岛

小鼠：脾脏是应激红系造血的重要场所，以C1q⁺巨噬细胞为中心的EBI在溶血应激下显著扩大，同时不依赖巨噬细胞的红系-红系相互作用也增强，提示两类EBI（巨噬细胞依赖型和非依赖型）在应激中均发挥作用。

人类：脾脏不参与应激红系造血，骨髓是主要代偿器官。在MDS等病理状态下，红系-红系祖细胞的空间连接性降低（发育异常特征），但治疗后可部分恢复，进一步证实不依赖巨噬细胞的红系细胞簇是人类的保守特征。

结果5、ICAM4介导人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成

ICAM4是人类不依赖巨噬细胞的成红细胞岛形成的关键分子，通过介导红系细胞与红系祖细胞之间的同型/异型聚集来维持EBI结构。

小鼠与人类在EBI形成机制上存在根本性差异：小鼠依赖巨噬细胞-红系相互作用（Vcam1–Itga4等），而人类依赖红系-红系之间的相互作用（ICAM4–RHAG/ITGA2B）。

ICAM4表达下调可能是MDS中红系发育异常的重要分子机制之一。

最后来看看方法

visium部分

生活很好，有你更好。