造血系統是研究幹細胞生物學、譜系分化和幹細胞巢交互作用的標準模型系統。近年單細胞技術的應用正在挑戰傳統的階層分支模型。
傳統階層模型 vs 連續分化模型
經典造血階層（Weissman 模型）將造血描述為嚴格的離散分支樹。然而，單細胞 RNA-seq 研究（Velten et al., 2017, Nature Cell Biology）揭示 HSC 到成熟細胞的分化並非經過離散的中間狀態，而是一個連續的「景觀」（landscape），細胞逐漸在多維轉錄組空間中漂移到不同的吸引子狀態。Paul et al.（2015, Cell）利用 MARS-seq 分析數千個單一小鼠骨髓前驅細胞，發現所謂的「CMP」群體實際上包含已經有譜系偏向的異質細胞。
HSC 的異質性與譜系偏向
即使是功能性定義的 LT-HSC（通過連續移植測試），也不是均質群體。Dykstra et al.（2007, Cell Stem Cell）利用條碼追蹤發現個別 HSC 有固有的譜系偏向（α = 骨髓偏向，β = 淋巴偏向，γ = 平衡型，δ = 骨髓限定）。隨年齡增長，骨髓偏向的 HSC 比例增加——這是老年人淋巴細胞生成減少（免疫老化）的細胞基礎。
內皮-造血轉換（EHT）
AGM 區域的 definitive HSCs 並非來自間質，而是從特化的「造血內皮」（hemogenic endothelium）透過 EHT 產生（Boisset et al., 2010, Nature, 活體成像直接觀察）。Runx1 是 EHT 的核心轉錄因子——Runx1 敲除胚胎完全缺乏 definitive HSCs。Notch 信號（來自主動脈壁血流剪力的下游）活化 Runx1 表達；GFI1/GFI1B 下調內皮基因完成轉換。
巢的分子解剖
活體成像結合遺傳標記（Ding & Morrison, 2013, Nature）精確定位 HSC 巢的細胞組成：
- 血管旁基質細胞：LepR⁺ 間質細胞是 CXCL12 和 SCF 的主要來源，條件性敲除這些細胞中的任一因子都會導致 HSC 流失
- 內皮細胞：E-selectin 在竇狀內皮表達，促進 HSC 增殖（但也加速耗竭）
- Schwann 細胞：包覆巢附近神經纖維，活化 TGF-β 維持 HSC 靜止態
- 巨噬細胞：間接維持巢功能，G-CSF 動員 HSC 的機制部分透過耗竭巢巨噬細胞實現
臨床轉譯