2022年5月10日，中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）石莉紅研究員、朱平研究員、竺曉凡主任和程濤教授合作團隊在Cell Discovery在線發表了題為“Decoding the pathogenesis of Diamond-Blackfan anemia using single-cell RNA-seq”的研究論文。該研究從單細胞轉錄組水平解析了先天性純紅系再生障礙性貧血（Diamond Blackfan anemia，DBA）患者發病機制，闡明了糖皮質激素治療有效分子機理，同時發現I型干擾素在DBA臨床治療中可能存在巨大潛力。
DBA是一種罕見的遺傳性的骨髓衰竭性疾病，臨床主要表現為1歲以內發病患者的中重度貧血，骨髓紅系造血細胞明顯減少甚至缺如，約60%的患者攜帶核糖體蛋白基因雜合突變。糖皮質激素是DBA臨床治療的一線藥物，然而長期應用糖皮質激素對患者內分泌及免疫系統發育影響巨大，且約20%的患者激素治療無反應，只能依靠持續輸血或者造血干細胞移植治療，給家庭與社會造成沉重負擔。核糖體突變特異性地導致DBA患者紅系貧血，但對其他造血譜系卻沒有影響的原因仍是未解之謎。同時，糖皮質激素治療有效或無效的分子生物學機制也沒有得到很好解釋。
本研究團隊首先收集了5例健康供者和11例包含初診、糖皮質激素治療有效及治療無效三種類型的DBA患者骨髓樣本作為研究材料，利用流式細胞術分選紅系祖細胞（BFU-E），使用單細胞轉錄組測序技術（3’STRT-seq）完成BFU-E細胞的深度測序。隨后利用生物信息學分析方法，發現人紅系祖細胞BFU-E具有異質性，根據發育階段可以分為5群。通過流式細胞術以及克隆形成實驗證實，相比正常供者，DBA患者BFU-E細胞比例降低且增殖能力差，凋亡增加。同時，發現初診DBA患者BFU-E細胞更多進入細胞周期S期，細胞周期加快。當加用糖皮質激素治療后，激素有效患者細胞周期減慢，紅系祖細胞凋亡減少，激素無效患者變化不顯著。
基于以上研究，本研究團隊認為，DBA患者在出生后紅系造血需求增加的壓力下紅系祖細胞細胞周期加快，被迫進入細胞周期S期，DNA復制壓力增加。由于核糖體蛋白基因突變導致的核糖體蛋白單倍劑量不足，無法滿足細胞周期加快的需求，進而導致P53激活、凋亡信號通路激活，紅系祖細胞凋亡增加。而糖皮質激素可以通過減慢DBA患者紅系祖細胞細胞周期速度，減少紅系祖細胞凋亡，進而達到治療作用。
本研究團隊進一步對比了糖皮質激素治療有效和無效患者的表達譜，發現治療有效的患者I型干擾素水平表達大幅提升，并且可通過靶基因MYC調控核糖體生物合成，減弱核仁應激。造血干細胞紅系分化實驗證實，小劑量I型干擾素可促進紅系祖細胞增殖，同時I型干擾素和糖皮質激素可能存在協同效應。RPS19突變患者原代造血干細胞培養同樣證實，小劑量I型干擾素可使DBA患者BFU-E細胞凋亡減輕，紅系造血增加。
綜上，本研究發現回答了核糖體基因突變為何特異性導致DBA紅系貧血的問題。同時還發現，小劑量I型干擾素可作為DBA潛在治療藥物，鑒于I型干擾素在兒童疾病應用的廣泛性和安全性，已注冊相應臨床試驗。
本研究受中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2021-I2M-1-040,2021-I2M-1-041,2021-I2M-1-073）、國家重點研發計劃(2018YFA0107804,2019YFA0110803,2021YFA1102800)和國家自然科學基金81870089,81670112,81421002,81800107,81700105,81890990,82022002,82100152）等項目支持。中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）石莉紅研究員、朱平研究員、竺曉凡主任以及程濤教授為共同通訊作者，博士生王冰蕊（已畢業）、王晨晨、萬揚主治醫師以及高潔主管技師為并列第一作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-022-00389-z
