干细胞作为一类具有自我更新与多向分化潜能的细胞，其功能多样性受到内在调控网络与外部微环境的共同影响。传统基于群体水平的研究方法难以精确解析细胞间的异质性，从而限制了对干细胞生物学特性的深入认识。近年来，单细胞分析技术的突破为实现细胞层面的精细观测提供了全新途径。本文以造血干细胞为主要例举，对单细胞转录组、表观基因组、蛋白质组、代谢组、空间组学以及多组学整合分析等技术的原理与进展进行了综述，探讨它们在揭示干细胞异质性、分化路径及状态调控机制等方面的应用，并对单细胞技术在干细胞研究领域的未来发展方向进行了展望。
 

在哺乳动物复杂的血液系统中，造血干细胞是唯一具有多向谱系分化与自我更新能力的细胞。其中，多向谱系分化能力指分化为全部功能性血细胞谱系的能力，而自我更新则指通过不对称分裂产生子代干细胞的能力。目前，越来越多的证据表明，HSCs的增殖、自我更新与分化等功能特性存在显著异质性，其行为差异是细胞内在机制与外在微环境复杂互作的结果。这种功能异质性被视为调控HSCs自我更新、分化以及其在生理与病理状态下适应性反应的关键因素。
 

具体而言，转录因子水平、基因突变及微环境信号等差异会显著影响不同HSCs亚群的行为，并最终参与骨髓增生异常综合征、急性髓细胞性白血病等血液恶性肿瘤的发生和发展。传统群体水平的研究方法掩盖了这种细胞间的异质性，而单细胞分析技术的出现，则为在更高分辨率下解析HSCs的异质性提供了前所未有的机遇。特别是单细胞RNA测序与空间转录组学等突破性技术，能够精细揭示具有谱系分化偏向的HSCs亚群及其发育潜能，从而阐明造血过程中以往未知的关键环节，深化了我们对造血及其多样功能的认识和理解。
 

出自《单细胞多组学技术在造血干细胞研究中的应用与进展》作者张奕扬，董芳。