单细胞转录组分析揭示了废用性骨质疏松小鼠中具有白血病前期特征的髓系偏倚HSPC的扩增亚群

背景：骨质疏松症（OP）可导致骨髓微环境的改变和造血稳态的失衡，这可能增加血液系统恶性肿瘤的发病率。然而，在OP条件下是否发生髓系偏倚的造血并促进白血病发生仍不清楚。结果：本研究通过后肢卸载成功诱导了小鼠OP模型，该模型显示外周血（PB）中髓系细胞增加和B细胞减少。此外，我们的研究表明，具有降低的分化和凋亡能力的髓系偏倚的HSPC（造血干祖细胞）亚群，包括多能祖细胞3（MPP3）和粒-单核祖细胞（GMPs），在OP小鼠中扩增。髓系偏倚HSPC的扩增导致OP小鼠骨髓中HSPC的积累和PB中髓系细胞的增加。在扩增的HSPC池中，通过单细胞RNA-seq鉴定并分析了OP小鼠特异性富集的亚群，包括来自原始HSC的subHSCs、来自MPP3的MPP3-1、来自GMP的GMP5、来自巨核细胞祖细胞的MkP2和来自红细胞祖细胞的EryP1。同时，这些OP-HU小鼠富集的亚群共享显著上调和下调的基因，这些基因富集于染色质修饰和细胞分化及凋亡，如Bromodomain-containing protein 4（Brd4），一种重要的染色质重塑蛋白，以及Proteinase 3（Prtn3）。此外，与OP-HU小鼠中subHSCs、MPP3-1、GMP5和EryP1扩增相对应的特异性转录因子被鉴定为Zfp951、Nfic、Maz和Ezh2。最后，在体内抑制BRD4可部分恢复OP-HU小鼠的表型以及调节HSPC扩增、分化和凋亡的基因表达。结论：首先，我们的研究表明OP可诱导不平衡的造血并增强髓系偏倚的造血。其次，鉴定并表征了OP小鼠富集的HSPC亚群，这些亚群具有增强的染色质重塑、降低的分化和抗凋亡特性。最后，本研究证明Brd4调控的基因程序赋予OP小鼠中髓系偏倚的HSPC亚群肿瘤细胞样特征，这可能增加白血病演进的发病率。这项研究揭示了预防人类OP患者髓系白血病发生的重要性。