颅缝早闭中缝合干细胞动态的时空单细胞图谱

《Stem Cell Research & Therapy》：Spatiotemporal single-cell atlas of suture stem cell dynamics in craniosynostosis

　　

摘要

背景

颅缝早闭是一种先天性疾病，其特征是颅缝过早融合和颅骨形态异常。该疾病中颅缝间充质干细胞（SuSCs）的细胞动态和调控机制尚未得到充分研究。

方法

我们结合了单细胞RNA测序和2微米分辨率的Visium HD空间转录组学技术，构建了Fgfr2^C342Y/+小鼠（一种模拟人类克鲁宗综合征的小鼠模型）在三个关键发育阶段（E14.5、E18.5和P3）的冠状颅缝细胞的时空图谱。为了实现接近单细胞的空间分辨率，我们开发了SpatialCell工具，该工具结合了基于形态的分割方法和利用我们的单细胞数据集训练的机器学习分类算法。

结果

该图谱显示，在颅缝早闭的情况下，SuSC微环境的特异性重塑以及SuSC与成骨间充质细胞的空间关联发生了变化。在SuSC向成骨细胞分化过程中，前成骨细胞比上游的SuSC更早减少，且SuSC在颅缝中线附近提前获得了成骨基因表达谱。时间基因本体学分析表明存在早期细胞外基质破坏、妊娠中期软骨生成激活以及出生后的矿化现象。网络分析将Foxa3鉴定为SuSC亚群的潜在调控因子；siRNA敲低Foxa3可降低颅缝早闭模型中的体外矿化程度。空间通信分析表明，来自颅缝膜成纤维细胞和免疫细胞的信号会影响SuSC的命运。

结论

我们的研究结果支持这样一种模型：颅缝早闭可能涉及发育程序的时间协调紊乱，而不仅仅是骨骼形成的加速。该图谱和分析框架明确了SuSC命运分化的时间和地点，提出了Foxa3作为潜在的干预靶点，并为机制研究和治疗探索提供了高分辨率的资源。