活体显微镜与统计图像分析揭示造血干细胞早期植入过程中与渐进性分化相关的动态演变细胞行为

造血干细胞（HSCs）长期以来一直应用于骨髓移植临床，对越来越多患有血液系统、肿瘤性及免疫系统疾病的患者的生存至关重要。尽管如此，人们对于数量相对较少的干细胞如何能够重建移植受者全部造血组织的机制仍知之甚少。为深入了解这一生物学过程，我们对颅盖骨骨髓进行了活体显微成像，采集了组织整体范围的图像，并记录了致死性照射受体在注入细胞后24小时至第8天期间，植入性造血干细胞和祖细胞总计850小时的运动轨迹。数据分析显示，再生中的HSC及其直接子代具有高度动态性，能够在实质内迁移，既发生于显微尺度，也发生于近宏观尺度，即在视野内部移动以及进出视野。HSC来源的细胞簇在移植后第2天至第4天期间于局部扩增，并在第8天形成细胞密集分布的骨髓区域。单细胞水平的分析表明，随着时间推移，细胞行为的异质性不断增加。基于迁移参数和与微环境相互作用参数进行的轨迹聚类分析，结合轨迹追踪后的整体免疫染色结果显示：持续存在于巢蛋白-GFP（nestin-GFP）阳性血管周围细胞附近且运动速度相对缓慢，与干性相关；而更具异质性的微环境相互作用以及最缓慢或较快速的迁移，则与分化相关，这一点通过流式细胞术分析和功能研究得到了验证。上述研究结果揭示了移植情境下驱动造血再生的基本原理。

造血干细胞（HSCs）长期以来一直被用于临床骨髓移植，这对于越来越多患有血液系统、肿瘤及免疫系统疾病的患者的生存至关重要。尽管如此，人们对于数量相对较少的干细胞如何能够再生移植受体的整个造血组织，仍知之甚少。为深入了解这一生物学过程，我们对颅盖骨骨髓开展了活体显微成像，采集了组织范围内的图像，并获得了在致死剂量照射受体中注射造血干细胞和祖细胞后24小时至8天期间、总计850小时的定植细胞追踪数据。数据分析显示，再生中的HSC及其直接子代具有高度动态性，可在实质组织中进行迁移，迁移尺度既包括显微尺度，也包括接近宏观的尺度，即在视野内移动以及进出视野。由HSC来源的细胞簇在移植后第2天至第4天期间于局部扩增，并在第8天形成细胞密集分布的骨髓区域。单细胞水平的分析表明，随着时间推移，细胞行为的异质性不断增加。基于迁移参数和生态位相互作用参数进行的轨迹聚类，并结合追踪后的整体免疫染色结果显示，持续存在于nestin-GFP阳性血管周围细胞附近以及相对缓慢的运动与干性相关；而更加异质性的生态位相互作用与最慢或较快的迁移相结合，则与分化相关，这一点通过流式细胞术分析和功能研究得到了验证。本文研究结果揭示了移植情境下驱动造血再生的基本原理。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.11.750961v1?rss=1

🏷️ 造血干细胞 活体显微成像 细胞迁移 干细胞分化 骨髓微环境 轨迹聚类分析