JHO：南方医科大学聂静/朱风新发现巨核细胞分化和血小板生成的调控新机制

高同型半胱氨酸血症(HHcy)与血栓性疾病如心肌梗死和中风密切相关。在患有HHcy的动物和人体内观察到血小板活化增强。然而，HHcy对血栓形成的影响在很大程度上仍然未知。

2023年7月27日，南方医科大学聂静及朱风新共同通讯在Journal of Hematology & Oncology在线发表题为“Hyperhomocysteinemia potentiates megakaryocyte differentiation and thrombopoiesis via GH-PI3K-Akt axis”的研究论文，该研究表明高同型半胱氨酸血症通过GH-PI3K-Akt轴增强巨核细胞分化和血小板生成。该研究报道了HHcy小鼠和斑马鱼的血小板计数(PLT)增加。在高血压患者(n=11,189)中，PLT ≥ 291×10⁹/L的参与者血清总Hcy水平较高。使用单细胞RNA测序(scRNAseq)来表征Hcy对人脐带血(hUCB) CD34⁺细胞的转录组、细胞异质性和巨核生成发育轨迹的影响。

结合体外和体内分析，该研究证明了Hcy通过生长激素(GH)-PI3K-Akt轴促进巨核细胞(MKs)分化。此外，Hcy对血小板生成的影响不依赖于血小板生成素(TPO)，因为Hcy也会导致纯合子TPO受体(Mpl)突变小鼠和斑马鱼PLT的显著增加。给药褪黑激素可有效逆转Hcy诱导的小鼠血小板生成。ScRNA-seq结果显示，褪黑素抑制Hcy促进的MK分化和成熟，抑制GH-PI3K-Akt信号的激活。该研究揭示了以前未被认识到的HHcy在血栓形成中的作用，并为HHcy增加血栓形成风险的机制提供了新的见解。

血清总同型半胱氨酸(tHcy)水平升高，即高同型半胱氨酸血症(HHcy)，是心血管疾病、缺血性卒中和静脉血栓栓塞的危险因素。由于遗传缺陷导致的严重HHcy患者如果不及时治疗，约50%的患者会发生血栓形成事件，而即使是中度HHcy也会增加血栓形成的风险。然而，其潜在机制尚不清楚。

为了探索Hcy对巨核细胞(megakaryocyte, MK)发育轨迹的影响，作者利用从hUCB衍生的CD34⁺细胞分化系统中收集的细胞进行了scRNA测序。共鉴定出13个集群，包括4个MK集群。基因本体(GO)和高活性调控子(HARs)分析表明，MK0代表一个不太成熟的群体。MK2是一个成熟的血小板形成簇。MK1是MK0和MK2之间的过渡态。MK1高度表达与凋亡信号传导相关的基因。伪轨迹分析揭示了从MK3到MK1的持续发展，其特征在于“波状”的基因表达模式。Hcy增加了MK的百分比，尤其是MK2。基因集变异分析(GSVA)显示，与对照组相比，Hcy组MK0-MK2中巨核细胞分化、巨核细胞发育等生物学过程显著上调，说明Hcy促进了MK的分化。进一步验证了scRNA-seq数据。原血小板随着Hcy的增加而增加。HHcy小鼠中MK(CD41⁺)的数量增加。流式细胞术显示，Hcy升高了MKs (CD41⁺CD42b⁺)的比例。

scRNA-Seq数据的质量控制(QC)和细胞簇（图源自Journal of Hematology & Oncology）

通过整合小鼠骨髓MK的scRNA-seq和大量RNA-seq数据，作者发现Hcy组MK中PI3K相关通路和对GH刺激的反应是常见的上调通路。Hcy增加了磷酸化的PI3K (p-PI3K)和磷酸化的Akt (p-AKT)的水平。PI3K抑制剂LY294002阻断了Hcy促进的MK分化和血小板生成。此外，当GH受体(GHR)在Meg-01细胞中被siRNA敲除时，Hcy诱导的p-PI3K和p-Akt显著减弱。同样，在Ghr^−/−小鼠中，HHcy没有观察到PLT的明显增加，也没有观察到PI3K-Akt信号的激活。这些数据表明，Hcy通过增强GH-PI3K-Akt轴促进MK分化。

最后，scRNA-seq显示，褪黑激素(MT)逆转了Hcy增加的MK2比例。MT阻断小鼠Hcy促进的血小板生成，但不降低tHcy水平。此外，MT也减少了斑马鱼Tg(mpl:eGFP)smu4;mpl^smu3中Hcy升高的血小板。正如预期的那样，MT减弱了Hcy升高的MK相关功能和PI3K-Akt信号。总之，该研究证明了HHcy在MKs分化中的作用，并描述了潜在的机制。

原文链接：

https://jhoonline.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13045-023-01481-x