Kitlo造血干细胞表现出增强胸腺重建的独特淋巴偏向染色质景观
摘要
具有多系潜能的造血干细胞（HSC）对于异基因造血细胞移植（allo-HCT）后的T细胞重建至关重要。Kitlo HSC亚群富含多潜能祖细胞，但其T细胞潜能仍未得到充分表征。使用临床前allo-HCT小鼠模型，我们发现Kitlo HSCs提供了优越的胸腺恢复和T细胞重建，从而改善移植后感染的免疫反应。Kitlo HSCs通过增强骨髓（BM）淋巴生成减轻年龄相关的胸腺变化并增强中年小鼠的T细胞恢复。机制上，染色质分析显示Kitlo HSCs表现出更高活性的淋巴特异性转录因子如ZBTB1。_Zbtb1_缺失会削弱HSC植入和T细胞潜能；相比之下，在具有巨核细胞偏向的Kithi HSCs中重新引入_Zbtb1_可挽救体外和体内的造血植入和T细胞潜能。此外，老年Kitlo HSCs的频率下降与老年BM前体细胞的T淋巴生成潜能减弱相关；而老年小鼠中的Kitlo HSCs仍保持增强的淋巴潜能，但其单细胞能力有所降低。最后，我们观察到类似的人类BM KITlo HSC亚群具有增强的淋巴潜能。因此，我们的研究揭示了与年龄相关的淋巴能Kitlo HSCs的表观遗传调控以促进T细胞重建。
引言
T淋巴细胞在适应性免疫反应中起着关键作用。高度多样化的T细胞池是识别和消除外来病原体以及维持自身耐受所必需的。随着年龄的增长，胸腺的再生能力下降，导致胸腺输出减少和T细胞多样性受损。此外，胸腺还容易受到感染、癌症治疗和allo-HCT预处理方案的急性损伤，从而导致长期T细胞淋巴细胞减少，增加感染和癌症复发的风险，导致移植相关并发症和死亡率上升。因此，早期T细胞重建是allo-HCT结果的积极预后指标。
结果
老年HSCs的淋巴输出减少影响胸腺恢复
先前的研究表明，在同种异体移植模型中，老年HSCs的淋巴重建受损，但尚未在异基因环境中进行探索。我们使用临床前allo-HCT模型来分析年轻和老年供体的免疫重建。为了评估具有不同淋巴祖细胞生产能力的HSCs对胸腺恢复的影响，我们将年轻成年（2个月）或老年（24个月）C57BL/6小鼠的长寿命造血干细胞（LT HSCs, Lineage−CD34−CD48−CD150+Sca-1+cKit+）与救援骨髓细胞（CD45.1）移植到致死照射的年轻BALB/cJ受体中。由于HSC衍生的胸腺后代在5-6周内出现，因此我们设定了8周的收获时间点。这一间隔允许足够的时间让HSC衍生的前体细胞重新填充胸腺，从而更好地理解胸腺再生动力学和HSC移植促进胸腺重建的疗效。
与之前的报告一致，我们在allo-HCT后8周发现，尽管四周时的重建模式相似，年轻HSCs支持平衡的谱系重建，而老年HSCs在外周血（PB）中表现出显著受损的T细胞重建。年轻HSCs显示出优异的多系潜能，特别是淋巴重建（LMPP/MPP4: 淋巴偏向的多能祖细胞和CLP: 共同淋巴祖细胞），相比老年HSCs。此外，接受年轻HSCs的受体表现出显著更高的胸腺细胞数量和前体及成熟胸腺细胞的重建。总之，老年HSCs在年轻allo-HCT受体中的多系潜能显著不如年轻HSCs，尤其是T淋巴潜能。
表现多系HSCs的老化相关减少
最近的研究显示，HSC亚群的功能异质性显著，突显出当前HSC表型定义与其分子身份之间的不一致。为了确定具有多系程序富集的HSCs并深入了解其转录和表观遗传框架，我们对来自2个月（年轻）或24个月（老年）雌性C57BL/6小鼠的造血干细胞进行了多组学单细胞RNA和ATAC测序。
为了定义HSC亚群，我们对年轻队列的多组学scRNA-seq数据进行了无监督Leiden聚类分析。我们根据以前的研究命名法和签名将所有无监督聚类映射到五个主要亚群：静息HSC（q-HSC）表现出低输出特征（Cdkn1c, Mpl, 和 Socs2）并与巨核细胞偏向的HSCs（Mgk-HSC）共享转录特征，标记为干细胞相关基因的高表达，包括_Mllt3, Hlf, Mecom, Txnip, Ifitm1, Msi2, Procr, Hoxa9, Ogt, Pim1_ 和 Satb1。多系HSCs（MLin-HSCs）的特点是多潜能基因的较高表达（Zeb2, Pbx1, Runx3 和 Tgfb1）并与增殖性HSCs（p-HSCs）共享分子特征，包括细胞周期调节因子 CDK6, Pola1, Hells 和 Itga2b。值得注意的是，我们鉴定了一种新的中间HSC群体（Int-HSC），它们表现出与Mgk-HSC、p-HSCs和MLin-HSCs重叠的分子特征，由_Stat5b, Jak2, Cdc42_ 和 Ywhaz（与LNK-JAK2相互作用相关）区分。
我们比较了年轻HSCs中的多系富集MLin-HSC与低输出q-HSC亚群，并查询了先前描述的真正的HSC标记（Hlf, Kit, Neo1, Procr, CD244a, Pdzk1ip1, Ly9, Hoxb5）。Hlf 和 Kit 在q-HSCs中比MLin-HSCs有显著更高的表达。鉴于先前研究表明Kitlo HSCs具有更好的自我更新能力和多潜能性，包括改进的T细胞重建，我们进一步分析了不同Kit表达水平的HSCs组成。基于Kit基因表达水平的上下20%，我们定义了Kit高和低的HSC群体（Kithi 和 Kitlo HSCs）。我们观察到MLin-HSCs中较低的Kit表达，并且在Kitlo HSCs中增加了q-HSC和MLin-HSCs的比例，这与先前关于Kitlo HSCs具有增强的自我更新能力和多潜能性的报道一致。
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