间充质干细胞是一种多能干细胞，来源于骨髓、脂肪、脐带、胎盘、牙髓等多种组织，可以分化为成骨细胞、软骨细胞等不同类型细胞。间充质干细胞能够分泌种类丰富的细胞因子，抑制炎症，调节免疫功能，促进组织修复与再生。

体外获得高质量、大批量、均一的间充质干细胞，是细胞治疗的基础。从更高的分辨率来看，由体外培养扩增获得的间充质干细胞不会完全一致，这些细胞与来源的组织中未经培养的间质细胞之间也会有所差异，这些微小的差异究竟在哪里？来自中国科学院大学、深圳华大生命科学研究院、深圳华大基因细胞科技有限责任公司、深圳市第二人民医院等机构的研究人员利用单细胞测序进行了解答，研究结果于2021年3月发表在The FEBS Journal 上。点此查看

传统测序方法将一群细胞作为一个整体进行测序，不关注不同细胞之间的差异；而单细胞测序能够仅对一个细胞进行分析，具有非常高的精确度，可以得到群体内大量不同细胞的差异化信息。

例如虽然全宇宙的人类都是同一个物种（智人，Homo sapiens），但属于不同的国家，具有不同的肤色、语言和信仰。只看中国人，同样是黄皮肤黑头发，也有不同的民族、方言和饮食习惯，尤其是当穿着少数民族特色服饰的时候，我们就能一目了然认出少数民族同胞，不但能分清来自草原、高原等不同地区的人，而且男女老少也清清楚楚。通过对人群仔细辨认，能够发现每个人都是不同的个体，而通过更高的分辨率观察细胞，单细胞测序可以发现不同细胞之间的细微差异。

经过体外培养的脐带间充质干细胞分为3个亚群

单细胞测序的工作流程图

经过培养的间充质干细胞具有异质性

为了探究不同亚群之间的相互作用，研究人员利用不同亚群细胞特征基因建立了细胞发育轨迹，发现来自3个亚群的细胞虽然有少部分重叠区域，在不同亚群中也有大量基因的表达具有显著差异。一些与细胞增殖、谱系转变等功能有关的基因在不同亚群中分别有较高的表达，其中 TNFRSF12A可能是与增殖能力较强有关的细胞表面标志物。与细胞命运决定有关的一系列调节子在3个亚群中表达各异。

同时发现多种转录因子参与了细胞自我更新和干性维持，其中TFDP1是维持间充质干细胞增殖能力的一个关键调控因子，另外发现了能够促进培养的间充质干细胞增殖的一个新的调控因子SSRP1。

经过培养的间充质干细胞亚群的分子特征

根据不同基因表达特征，未经培养的脐带组织原代细胞可以分为上皮样细胞、周细胞、间质细胞等7个亚群，在每个亚群中都有各自高表达的基因或受体-配体对，在上皮-间质转化相关的调控中，上皮样细胞与间质细胞之间的对话发挥了关键作用。

脐带组织分离的原代细胞具有异质性

存在多种配体-受体相互作用

将原代细胞与对应培养细胞的转录组数据整合分析，可以发现上皮样细胞亚群与周细胞亚群被分开，而同样高表达 MKI67的两种不同来源的细胞被分到了一起。通过对差异表达基因的分析发现，在经过培养的细胞中维持端粒长度的基因表达比较活跃，而上皮-间质转化相关的基因在组织原代细胞中具有较高表达水平。

简单来说，脐带组织原代细胞与体外培养的间充质干细胞的主要区别在于：脐带组织内的细胞更爱“变”，喜欢跑来跑去、变换模样；而经过体外培养的细胞更能“长”，吃得多长得快、忙于自我复制。

原代细胞与对应培养细胞的亚群和差异基因综合分析

本项研究是首个人脐带组织原代细胞与对应的体外培养后间充质干细胞的大规模单细胞转录组综合分析，揭示了3个间充质干细胞亚群及其亚群状态转变的关键转录因子；剖析了脐带组织不同细胞亚群之间的配体-受体相互作用微环境及其与体外间充质干细胞的转录表达谱差异，为更深入的开展人脐带组织原代细胞与对应间充质干细胞的异质性及功能亚群研究与应用奠定了理论基础。

本文共同一作是深圳华大生命科学研究院的王全磊与李金路，通讯作者为深圳华大生命科学研究院的商周春研究员与深圳市第二人民医院产科的赵卫华主任。本文由深圳发改委创新分子诊断工程实验室与深圳科创委基金资助，感谢国家基因库的大力支持。