这项研究由来自哥伦比亚大学医学中心的Longfei Gao、Heather Lee、Joshua H. Goodman和Lei Ding团队完成，成果发表于2024年5月23日的《Cell》期刊（Volume 187, Issue 11）。研究聚焦于造血干细胞（Hematopoietic Stem Cells, HSCs）微环境（niche）的形成与维持机制，揭示了表观转录组程序（epitranscriptomic program）在其中的关键作用。

学术背景

造血干细胞的生存和功能依赖于其周围的微环境，而骨髓间充质基质细胞（Mesenchymal Stromal Cells, MSCs）是这一微环境的核心组成部分。尽管已有研究揭示了维持成年骨髓HSC微环境的分子机制，但关于该微环境如何形成的科学问题仍不清楚。本研究团队发现，围产期（perinatal stage）骨髓MSCs高表达与m6A（N6-甲基腺苷）修饰相关的基因，而成年后表达水平显著下降。这一现象提示，m6A介导的表观转录调控可能在HSC微环境形成中发挥独特作用。研究旨在探索MSCs中m6A修饰对HSC微环境生成的调控机制，并比较其与微环境维持机制的差异。

研究流程与方法

1. 基因表达谱分析

研究首先通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析了围产期和成年小鼠骨髓基质细胞的转录组差异。数据来源于公共数据库（GSE152020），重点聚焦MSCs（标记基因为Pdgra+和Prx1+）。分析发现，围产期MSCs显著富集m6A相关通路（如RNA甲基化复合物基因），而成年MSCs高表达已知的微环境维持因子（如Foxc1、Ebf3等）。RT-qPCR和流式细胞术进一步验证了甲基转移酶Mettl3在围产期MSCs中的高表达及其出生后的下调趋势。

2. 基因敲除模型构建

为验证Mettl3的功能，研究团队构建了三种条件性敲除小鼠： - Prx1-Cre; Mettl3fl/fl：靶向发育中的MSCs（从胚胎期E9.5开始）； - Ocn-Cre; Mettl3fl/fl：靶向成骨细胞（osteoblasts）； - Lepr-Cre; Mettl3fl/fl：靶向成年骨髓MSCs。
通过流式分选和ELISA证实，Prx1-Cre模型成功敲除了MSCs中的Mettl3，并导致m6A修饰水平显著降低。

3. 表型分析

• Prx1-Cre; Mettl3fl/fl小鼠：出生后表现为肢体短小、骨髓造血缺陷。组织学显示骨髓中造血细胞减少，间充质组织增生。流式分析发现HSCs频率下降16倍（p<0.001），且功能性HSCs（通过移植实验评估）减少3.5倍。值得注意的是，敲除Mettl3的MSCs倾向于分化为成骨细胞（高表达Col1a1、Runx2），而HSC支持因子（如Cxcl12、Scf）表达降低。
• Ocn-Cre和Lepr-Cre模型：成骨细胞或成年MSCs中敲除Mettl3未影响HSC数量或功能，表明Mettl3的作用具有发育阶段特异性。

4. 机制探索

通过m6A甲基化RNA免疫共沉淀测序（MeRIP-seq）和scRNA-seq联合分析，鉴定出转录因子Klf2是Mettl3的关键靶标：
- Mettl3通过m6A修饰促进Klf2 mRNA降解，从而抑制其表达；
- Klf2过表达会激活成骨分化基因（如Runx2），同时抑制HSC支持因子（如Cxcl12）和脂肪生成基因（如Pparg）；
- 双敲除模型（Prx1-Cre; Mettl3fl/fl; Klf2fl/fl）部分挽救了HSC微环境缺陷，证实Klf2是Mettl3的下游效应分子。

主要结果与逻辑关系

1. 阶段特异性表达：围产期MSCs高表达m6A修饰相关基因，成年后下调（图1），提示表观转录调控可能参与微环境形成。
   
2. 功能验证：Prx1-Cre; Mettl3fl/fl小鼠的骨髓HSC微环境严重受损（图2），而成年阶段敲除无影响（图3），说明Mettl3的作用限于发育期。
   
3. 细胞命运转变：Mettl3缺失导致MSCs向成骨细胞分化偏移（图4），同时微环境支持能力丧失（图5）。
   
4. 分子机制：Klf2作为m6A修饰的直接靶标，介导了Mettl3对MSCs命运的调控（图6-7）。
   

结论与价值

该研究首次阐明：
1. 机制分离：HSC微环境的形成和维持由不同的分子机制调控（Mettl3-m6A-Klf2轴特异性作用于形成阶段）；
2. 治疗潜力：靶向表观转录程序可能为再生医学中人工微环境构建提供新策略；
3. 概念创新：挑战了“微环境是静态结构”的传统观点，强调其动态发育的调控特异性。

研究亮点

1. 创新性发现：首次将m6A修饰与HSC微环境生成直接关联，并鉴定Klf2为关键效应因子。
   
2. 方法学贡献：整合scRNA-seq、MeRIP-seq和条件性敲除模型，多维度解析发育阶段特异性机制。
   
3. 转化意义：为体外扩增HSCs或治疗骨髓衰竭疾病提供了潜在靶点（如干预Klf2表达）。
   

其他价值

研究还揭示了内皮细胞亚群在Mettl3缺失时的命运转变（动脉型增多），提示MSCs可能通过旁分泌调控血管生态位（vascular niche），这为后续研究提供了新方向。