2022年5月10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）石莉红研究员、朱平研究员、竺晓凡主任和程涛教授合作团队在Cell Discovery在线发表了题为“Decoding the pathogenesis of Diamond-Blackfan anemia using single-cell RNA-seq”的研究论文。该研究从单细胞转录组水平解析了先天性纯红系再生障碍性贫血（Diamond Blackfan anemia，DBA）患者发病机制，阐明了糖皮质激素治疗有效分子机理，同时发现I型干扰素在DBA临床治疗中可能存在巨大潜力。
DBA是一种罕见的遗传性的骨髓衰竭性疾病，临床主要表现为1岁以内发病患者的中重度贫血，骨髓红系造血细胞明显减少甚至缺如，约60%的患者携带核糖体蛋白基因杂合突变。糖皮质激素是DBA临床治疗的一线药物，然而长期应用糖皮质激素对患者内分泌及免疫系统发育影响巨大，且约20%的患者激素治疗无反应，只能依靠持续输血或者造血干细胞移植治疗，给家庭与社会造成沉重负担。核糖体突变特异性地导致DBA患者红系贫血，但对其他造血谱系却没有影响的原因仍是未解之谜。同时，糖皮质激素治疗有效或无效的分子生物学机制也没有得到很好解释。
本研究团队首先收集了5例健康供者和11例包含初诊、糖皮质激素治疗有效及治疗无效三种类型的DBA患者骨髓样本作为研究材料，利用流式细胞术分选红系祖细胞（BFU-E），使用单细胞转录组测序技术（3’STRT-seq）完成BFU-E细胞的深度测序。随后利用生物信息学分析方法，发现人红系祖细胞BFU-E具有异质性，根据发育阶段可以分为5群。通过流式细胞术以及克隆形成实验证实，相比正常供者，DBA患者BFU-E细胞比例降低且增殖能力差，凋亡增加。同时，发现初诊DBA患者BFU-E细胞更多进入细胞周期S期，细胞周期加快。当加用糖皮质激素治疗后，激素有效患者细胞周期减慢，红系祖细胞凋亡减少，激素无效患者变化不显著。
基于以上研究，本研究团队认为，DBA患者在出生后红系造血需求增加的压力下红系祖细胞细胞周期加快，被迫进入细胞周期S期，DNA复制压力增加。由于核糖体蛋白基因突变导致的核糖体蛋白单倍剂量不足，无法满足细胞周期加快的需求，进而导致P53激活、凋亡信号通路激活，红系祖细胞凋亡增加。而糖皮质激素可以通过减慢DBA患者红系祖细胞细胞周期速度，减少红系祖细胞凋亡，进而达到治疗作用。
本研究团队进一步对比了糖皮质激素治疗有效和无效患者的表达谱，发现治疗有效的患者I型干扰素水平表达大幅提升，并且可通过靶基因MYC调控核糖体生物合成，减弱核仁应激。造血干细胞红系分化实验证实，小剂量I型干扰素可促进红系祖细胞增殖，同时I型干扰素和糖皮质激素可能存在协同效应。RPS19突变患者原代造血干细胞培养同样证实，小剂量I型干扰素可使DBA患者BFU-E细胞凋亡减轻，红系造血增加。
综上，本研究发现回答了核糖体基因突变为何特异性导致DBA红系贫血的问题。同时还发现，小剂量I型干扰素可作为DBA潜在治疗药物，鉴于I型干扰素在儿童疾病应用的广泛性和安全性，已注册相应临床试验。
本研究受中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2021-I2M-1-040,2021-I2M-1-041,2021-I2M-1-073）、国家重点研发计划(2018YFA0107804,2019YFA0110803,2021YFA1102800)和国家自然科学基金81870089,81670112,81421002,81800107,81700105,81890990,82022002,82100152）等项目支持。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）石莉红研究员、朱平研究员、竺晓凡主任以及程涛教授为共同通讯作者，博士生王冰蕊（已毕业）、王晨晨、万扬主治医师以及高洁主管技师为并列第一作者。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-022-00389-z
