Blood Science | Hideo Ema/董芳团队揭示Tgfbr3维持造血干细胞长期自我更新的新机制

近日，中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）HideoEma、董芳团队在Blood Science发表题为Tgfbr3 is required for the long-term maintenance of self-renewal potential inmurine hematopoietic stem cells的研究论文。该研究发现，造血干细胞（ hematopoietic stem cell ， HSC ）可能并不完全依赖经典的Tgfbr1/Tgfbr2受体组合，而是更多借助Tgfbr2、Tgfbr3与Endoglin（ Eng ）构成的细胞类型特异性受体复合物响应TGF-β信号。研究进一步证明，缺失Tgfbr3虽然不会明显影响HSC的短期重建能力，却会削弱其经受反复移植压力后的长期自我更新能力，为理解TGF-β信号如何维持HSC功能提供了新的受体层面解释。

HSC 位于整个血液系统的源头，既能够生成髓系、 B 细胞和 T 细胞等多种成熟血细胞，又能通过自我更新长期维持干细胞库。成年 HSC 大部分时间处于静息的 G0 期。这种 “ 休眠 ” 状态并非无所作为，而是避免复制压力、代谢损伤和干性耗竭的重要保护方式。

转化生长因子 β （ TGF-β ）是调控 HSC 静息与自我更新的重要信号之一。按照经典模型， TGF-β 首先结合 Ⅱ 型受体 Tgfbr2 ，随后招募并磷酸化 Ⅰ 型受体 Tgfbr1 ，再激活 Smad 等下游分子。 Tgfbr3 （又称 Betaglycan ）和 Eng 则被归为 Ⅲ 型受体或共受体，主要负责促进配体与信号受体结合。

然而，以往遗传学研究发现：敲除 Tgfbr1 或 Smad2/3 后， HSC 的重建能力仍可基本保持；而缺失 Tgfbr2 或 Smad4 则会破坏 HSC 静息和重建功能。 Eng 缺失同样会在连续移植中损害 HSC 的长期自我更新。另一方面， Tgfbr1 或 Tgfbr2 缺失可引发淋巴细胞过度反应和致死性炎症， Eng 缺失却不产生类似表型。这些现象提示，不同细胞可能使用不同的 TGF-β 受体 “ 组合 ” ，经典的 Tgfbr1/Tgfbr2 模式未必能完整解释 HSC 中的信号传递。

基于此，研究团队提出三个关键问题： HSC 究竟表达哪些 TGF-β 受体？ Tgfbr3 是否参与 HSC 功能维持？这种作用体现在短期造血重建，还是只有在长期压力下才会显现？

1. HSC更偏向表达Tgfbr2、Tgfbr3和Eng

研究人员首先对新鲜分选的小鼠 HSC 进行单细胞实时 RT-PCR ，逐个分析 Tgfbr1 、 Tgfbr2 、 Tgfbr3 和 Eng 的表达。结果显示， Tgfbr1 仅见于 18.75% 的细胞， Tgfbr2 见于 43.75% ；相比之下， Tgfbr3 和 Eng 的阳性比例分别达到 60.42% 和 91.67% 。

更关键的是，只有 8.33% 的 HSC 同时表达经典组合 Tgfbr1/Tgfbr2 ，而 Tgfbr2/Tgfbr3/ Eng 三者 共表达 的比例为 22.92% 。在 Tgfbr2 阳性细胞中， Tgfbr1 、 Tgfbr3 和 Eng 的阳性比例分别为 19.05% 、 52.38% 和 90.48% 。这些数据表明，在 HSC 中，两个 Ⅲ 型受体并非可有可无的 “ 配角 ” ，它们可能是 TGF-β 信号装置的重要组成部分。

研究团队进一步分析单细胞 RNA 测序数据，发现 HSC 表达较高水平的 Eng 及一定水平的 Tgfbr2 和 Tgfbr3 ；而淋巴细胞，尤其是 T 细胞，几乎不表达 Tgfbr3 和 Eng 。由此， HSC 与淋巴细胞之间呈现出鲜明的受体表达分工：前者可能依赖 Tgfbr2/Tgfbr3/ Eng ，后者则更符合经典的 Tgfbr1/Tgfbr2 模式。

2. Tgfbr3缺失不会破坏免疫稳态，也不影响短期重建

为了直接检验不同受体的功能，研究人员从 Cas9-EGFP 小鼠中分选 500 个 HSC1 细胞，分别导入靶向 Tgfbr1 、 Tgfbr2 或 Tgfbr3 的 sgRNA ，再与竞争性骨髓细胞共同移植至经致死剂量照射的受体小鼠。测序和 Western 检测证实三种 受体均 被有效敲除。

在 6 个月观察期内，移植 Tgfbr1 或 Tgfbr2 缺失 HSC 的小鼠因淋巴细胞失调导致的致死性炎症而死亡；与之形成对比的是，移植 Tgfbr3 缺失 HSC 的 6 只小鼠全部存活，且未出现明显炎症。这说明 Tgfbr3 并不是维持淋巴细胞免疫稳态所必需的受体，也从功能层面呼应了 HSC 与淋巴细胞受体表达谱的差异。

随后，研究团队把注意力转向造血重建。在初次移植后的 4 个月内， Tgfbr3 缺失组 与对照组的供者细胞嵌合率相近，髓系、 B 细胞和 T 细胞重建均未见显著差异；骨髓中的供者来源 HSC1 及 多能祖细胞 MPP2 、 MPP3/4 和 MPP5 比例也基本正常。换句话说，若只观察一次移植， Tgfbr3 缺失 HSC 看起来仍能完成造血谱系重建。

3.连续移植揭示Tgfbr3对长期自我更新不可或缺

短期重建正常，并不等同于干细胞能够长期 “ 续航 ” 。为持续消耗并检验 HSC 的自我更新潜力，研究人员进行了初次、二次和三次连续移植，每轮间隔 4 个月。

二次移植后， Tgfbr3 缺失组 的外周血重建及各谱系 重建仍 与对照组接近，但骨髓中供者来源 HSC1 的比例已经下降，提示干细胞 池开始 受到影响。另一项使用纯化供者 HSC1 进行二次移植的实验暂未观察到显著差异，说明在这一阶段，其他分子或细胞群可能仍可提供一定补偿。

真正的差距在三次移植后显现： Tgfbr3 缺失 HSC 的外周血重建水平显著降低， 髓系和 B 细胞重建受到明显影响；移植 4 个月后，骨髓中供者来源 HSC1 比例也大幅下降。由此可见， Tgfbr3 并非决定 HSC 能否完成一次造血重建的 “ 启动开关 ” ，而更 像维持 长期自我更新储备的 “ 耐久组件 ” 。当 HSC 经历反复增殖和移植压力时，缺少 Tgfbr3 造成的功能缺陷才逐步暴露。

综上，该研究发现淋巴细胞主要通过 Tgfbr1/Tgfbr2 复合物响应 TGF-β ，因此缺失其中任 一 受体都会破坏免疫稳态； HSC 则可能使用由 Tgfbr2 、 Tgfbr3 和 Eng 组成的特殊复合物维持静息及长期自我更新。这一模型也能够解释为何 Tgfbr1 缺失对 HSC 影响有限，而 Tgfbr2 、 Eng 或 Tgfbr3 缺失会削弱其长期功能。

从基础研究角度看，该工作提示，共受体不只是帮助配体结合的辅助分子，还可能决定不同细胞如何 “ 读取 ” 同一种外界信号。关注受体组合而非单一受体，有助于更精细地理解 HSC 稳态、衰老及应激造血。连续移植结果也再次强调：评估 HSC 功能不能只看短期嵌合率，真正的自我更新缺陷往往需要在长期、反复压力下才能被识别。

从转化角度看， Tgfbr3 所体现的细胞类型特异性值得关注。如果未来能够厘清 Tgfbr2/Tgfbr3/ Eng 复合物的结构、配体偏好及下游效应，就可能为体外扩增 HSC 、提高移植后长期重建能力，或保护 HSC 免受耗竭提供新的干预靶点。同时，由于 Tgfbr3 缺失没有复制 Tgfbr1 或 Tgfbr2 缺失导致的致死性炎症，其功能分工也为更精准地调节造血与免疫提供了启示。

https://www.ovid.com/jnls/bls/fulltext/10.1097/bs9.0000000000000307~tgfbr3-is-required-for-the-long-term-maintenance-of

制版人：十一

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