儿童白血病是一种最常见的儿童恶性肿瘤,严重危害儿童的健康和生命,但是至今仍无有效的预防措施,因此清楚了解该疾病的起源和发生机制具有重要意义。科学家研究发现,半数以上儿童白血病的起始突变是出生前起源,但是,在胚胎发育过程中,白血病起始突变形成的具体时间、地点以及机制尚不清楚。为了解决这个问题,我们对胚胎发育过程中造血干细胞的生物学特性及其基因组稳定性进行了研究。首先,我们对胚胎发育不同时期肝脏造血细胞进行了免疫表型分析,发现在造血发育过程中,髓系细胞和淋巴系细胞在肝脏细胞中的比例、数量以及比值呈动态变化,其中胚胎发育12.5天和16.5天肝脏中髓系和淋巴系的比值差异最大。通过克隆形成实验,我们发现胚胎发育16.5天的造血干祖细胞比胚胎发育12.5天的造血干祖细胞具有更强的髓系克隆形成能力。然后,我们分选胚胎发育12.5天和16.5天肝脏的造血干祖细胞,将其移植到受体小鼠的骨髓,动态检测各系的重建情况。研究发现自移植后4周始,胚胎发育12.5天和16.5天的造血干细胞就表现出相同的各系重建能力。我们将移植前和移植后的造血干祖细胞进行基因表达分析,发现移植前胚胎发育16.5的造血干祖细胞与12.5的造血干祖细胞相比,髓系分化相关的基因显著上调,而淋巴系分化相关的基因显著下调,但是移植后这些基因表现出相同的表达趋势。我们的研究发现,不同发育阶段的造血干细胞具有不同的分化倾向性,受体的骨髓微环境能够同化具有不同分化能力的造血干细胞,也证明了微环境对造血干细胞功能调控的重要性。因此,我们进一步对不同造血微环境中造血干细胞的基因组稳定性进行分析。研究发现,在胚胎发育的12.5天,肝脏中的造血干祖细胞基因组最不稳定,在受到外界刺激时最容易发生DNA断裂并且能够形成染色体水平的突变,带有突变的造血干细胞能够从肝脏迁移至骨髓。我们对不同微环境中造血干细胞的转录组进行测序分析,发现造血干祖细胞的表达谱随着造血微环境的改变发生显著变化,并且在胚胎发育12.5天肝脏造血干细胞中维持染色质结构的基因显著下调,这可能是导致造血干细胞基因组不稳定的原因。进一步的研究发现,Tlr4信号通路在这个时期造血干祖细胞中的活性过低,不能维持其基因组的稳定。综上所述,我们发现白血病起始突变最有可能发生在胚胎肝脏造血的早期,这个时期造血干细胞的基因组不稳定,并鉴定到Tlr4信号通路参与调控造血干细胞的基因组稳定性。这些发现将为寻找预防白血病的有效方法提供重要理论基础和探索途径。