王强团队揭示体节微环境在初级造血中的重要作用

斑马鱼胚胎造血过程和哺乳类动物高度保守，是研究造血发育与疾病的理想模型[1]。斑马鱼初级造血分别在脊索腹侧躯干区域的 ICM（Intermediate cell mass，中间细胞团）以及头部中胚层的 RBI（Rostral blood island，前部血岛区）两个部位发生，前者主要产生红细胞前体细胞，后者主要生成髓系前体细胞。在胚胎发育早期，红细胞为胚胎发育提供必要的氧气，而髓细胞参与免疫保护。初级造血发育是一个复杂的调控过程，需要多种转录因子、信号通路分子等组成调控网络，动态调控血祖细胞的产生、定向分化、血细胞增殖、存活等。

造血干细胞具有自我更新及分化潜能，可以分化为所有类型的成熟血细胞。造血微环境在造血干细胞的特化、维持、循环利用、增殖、再生以及定向分化过程中发挥重要作用，如次级造血过程中的体节微环境、尾部造血组织中的血管微环境，以及成体干细胞骨髓微环境等[2-4]。但胚胎初级造血过程中微环境的组成和调控机制目前不甚清楚。

10月27日，华南理工大学王强课题组在Development在线发表了题为“Sclerotome-derived PDGF signaling functions as a niche cue responsible for primitive erythropoiesis”的研究论文。该论文探讨了体节微环境在初级造血中的关键作用。体节生骨节细胞表达分泌PDGF配体，激活临近的ICM区细胞中的PDGFR，起始PDGF信号传导，促进初级红细胞的分化，引导斑马鱼初级红系的发生。

王强团队的前期研究发现，在斑马鱼弓动脉血管建立的过程中，咽囊表达的PDGF配体促进弓动脉血管成血管细胞增殖，抑制PDGF信号则导致弓动脉血管狭窄[5]。有意思的是，在观察pdgfαa^-/-; pdgfαb^-/-胚胎发育过程中，发现绝大多数胚胎血细胞数目明显比野生型胚胎少，且通过O-dianisidine染色、原位杂交以及在Tg(gata1:dsRed)转基因鱼背景下共聚焦活体成像结果进一步得到证实，缺失pdgfαa和pdgfαb抑制红细胞的产生，红细胞的数目显著减少(图1)。然而，缺失pdgfαa和pdgfαb不影响AGM区造血干细胞的生成，因此，pdgfαa-^/-; pdgfαb^-/-胚胎红细胞数目减少主要是由于初级造血的缺陷所造成的。随后的分析表明，缺失pdgfαa和pdgfαb，不影响髓系细胞的生成，表明pdgfαa和pdgfαb特异性调控初级造血中的红系发生。阻断PDGF信号传导，并不影响红细胞的增殖和凋亡，但红细胞前体细胞的分化被显著抑制，导致红细胞数目减少。

通过对PDGF配体和受体的时空表达分析发现，在初级造血过程中，pdgfαb在生骨节细胞中高表达，其受体pdgfr在生骨节临近的初级造血中心ICM区富集，与红细胞前体细胞的分子标记gata1的表达共定位（图2）。PDGF配体与受体结合，起始PDGF信号的传导，并激活下游的ERK1/2信号。在pdgfαa^-/-; pdgfαb^-/-胚胎中过表达生骨节来源的pdgfαb以及持续激活型的MEK均可以挽救红细胞发育缺陷的表型，使红细胞数目得到明显提高。而且，过表达生骨节来源的pdgfαb不仅使突变体中p-PDGFRa的表达水平上调，同时也部分恢复了下游关键信号因子ERK的磷酸化水平。这些结果表明，体节生骨节提供一个初级造血红系细胞发育的微环境，通过表达分泌PDGF配体，与临近的ICM区细胞中的PDGFR结合，激活PDGF信号及其下游ERK，促进红细胞前体细胞的分化（图3）。

此外，王强团队之前的研究发现咽囊来源的PDGFαa和PDGFαb通过促进弓动脉成血管细胞增殖，引导弓动脉血管形成（Journal of Genetics ad Genomics, 2019）。咽囊表达和分泌BMP2a与BMP5，激活咽区中胚层细胞的BMP活性，为其特化为弓动脉前体细胞提供了一个合适的微环境（ZebrafishAdvance | 王强团队揭示咽囊在弓动脉前体细胞特化中的重要作用 (qq.com)）。咽囊起源的Cxcl12激活弓动脉成血管细胞Cxcr4a信号通，依赖下游PI3K/AKT信号，协同调控成血管细胞增殖与分化，引导弓动脉形成（ZebrafishAdvance | 华南理工大学王强组揭示趋化因子信号协同调控弓动脉成血管细胞增殖和分化的关键作用 (qq.com)）。此外，咽区外胚层 Wnt2bb 信号对于弓动脉血管前体细胞的增殖和分化具有关键的调控作用（ZebrafishAdvance | 王强团队解析弓动脉祖细胞增殖和分化的平衡调控机制 (qq.com)）。这些研究均揭示了组织间相互作用在细胞命运决定中的重要功能。

汕头大学毛爱华博士为论文第一作者，华南理工大学王强教授和何欣榆博士为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委的资助。

参考文献：

1. da Bandeira, D.S., et al., PDGFR beta(+) cells play a dual role as hematopoietic precursors and niche cells during mouse ontogeny. Cell Reports, 2022. 40(3).

2. Calvi, L.M., et al., Osteoblastic cells regulate the haematopoietic stem cell niche. Nature, 2003. 425(6960): p. 841-846.

3. Morrison, S.J. and D.T. Scadden, The bone marrow niche for haematopoietic stem cells. Nature, 2014. 505(7483): p. 327-334.

4. Rafii, S., et al., Vascular Niche-Derived Angiocrine Factors Specify and Maintain Hematopoietic Stem Cells. Blood, 2015. 126(23).

5. Mao, A.H., et al., PDGF signaling from pharyngeal pouches promotes arch artery morphogenesis. Journal of Genetics and Genomics, 2019. 46(12): p. 551-559.