MSC是一类具有自我更新、多向分化和独特免疫调节能力的成体干细胞,作为目前临床应用最为广泛的干细胞,围产期胎盘组织是MSC主要的细胞来源。但由于MSC无特异的表面标志物,且生物学功能尤其是免疫调节功能存在一定的差异,因此限制了其临床应用的安全性与有效性。如何解决上述问题成为MSC领域的研究焦点。单细胞测序技术的出现为解决这一问题提供了可能,作为探索未知科学问题的重要工具,其可从单个细胞的水平认识和理解细胞之间的差异性。因此,本研究利用单细胞测序技术,解析围产期胎盘组织来源MSC的发育与生物学特性,绘制MSC的发育分化图谱,为全面阐明围产组织来源MSC的生物学功能提供理论与实验依据。首先,分离制备不同围产组织来源MSC,即胎盘（hpMSC）、羊膜（hmMSC）、脐带（huMSC）来源MSC;进一步利用炎症因子IFN-γ和TNF-α刺激3种MSC,获得S＿hpMSC、S＿hmMSC和S＿huMSC,进行单细胞转录组测序。结果表明,正常状态下3种MSC由10个细胞亚群组成,且亚群的细胞均符合MSC的定义标准,而炎症因子处理后的3种MSC则出现11个细胞亚群。其次,通过差异基因功能富集分析发现10个细胞亚群的生物学功能具有异质性。细胞周期分析结果显示,10个亚群细胞具有不同的增殖能力;Add Module Score分析MSC亚群的三系分化功能与免疫调节功能的差异,结果表明,10个细胞亚群具有相似的成脂肪细胞分化潜能,而成软骨和成骨细胞分化能力差异显著,其中细胞亚群4、6、8、9具有强大的成骨分化潜能,且亚群4还具有强大的软骨分化能力。免疫调节功能分析结果显示,细胞亚群4、6、8、9的免疫调节功能显著高于其它亚群。另外,不同细胞亚群的表面标志物亦不同,其中细胞亚群1、2、5、7、10表达RGMB和SERLNC2;细胞亚群4、6、9表达LYPD1、CSPG4和PROCR,亚群4还表达特异的CADM1、SEZ6L2、LRIG1和TMEM255B,细胞亚群3和8共同表达CRIM1,上述表面标志物的发现为获取不同亚群的MSC提供了可能。以上研究结果表明,不同来源MSC存在异质性。第三,对hpMSC、hmMSC和huMSC包含的10个细胞亚群构成比进行分析,发现其存在显著的差异性。差异基因和转录因子分析发现hpMSC和hmMSC的基因表型具有高度的相似性,而huMSC则呈现完全不同的基因表型。GSEA富集分析差异基因功能,结果表明,huMSC具有强大的骨骼再生潜能,且高表达调控成骨和软骨分化的相关基因和转录因子,而hpMSC和hmMSC表达与免疫排斥反应相关的MHC-Ⅰ类分子。逆时序分析结果显示,3种MSC均具有3个发育分支,但无发育先后顺序的差异。进一步分析3种MSC的表面标志物,结果显示,hmMSC与hpMSC的表面标志物为RGMB、PCDH18、SERINC2和TMEM204,而huMSC的表面标志物为PCDH10、PROCR和LYPD1。上述结果说明,不同来源的MSC具有差异性。第四,从单细胞水平证实hpMSC、hmMSC和huMSC均具有免疫调节特性,且部分细胞亚群高表达免疫调节相关基因。为深入解析hpMSC、hmMSC和huMSC的免疫调节特性,利用炎症因子IFN-γ和TNF-α刺激3种MSC（S＿hpMSC、S＿hmMSC和S＿huMSC）,并比较刺激前后3种MSC表达的差异基因和相关功能。结果表明,炎症状态下3种MSC具有高度的相似性,即高表达相同的免疫调节相关基因IDO、CD274和趋化因子等;基因功能富集分析结果显示,所有细胞的功能均与免疫反应相关,且具有显著的免疫趋化功能和免疫调节特性。进一步,利用体内外实验进行相关验证,结果证实,S＿hpMSC、S＿hmMSC和S＿huMSC在m RNA水平均高表达免疫调节相关基因;利用活化的T细胞上清液刺激3种MSC,亦得到相同的结果。进而,在小鼠急性移植物抗宿主病（aGvHD）模型中探究体内huMSC和S＿huMSC的免疫调节功能的差异性,结果表明,在治疗早期阶段S＿huMSC具有较huMSC显著的疗效和抑制T细胞增殖的作用,而治疗后期则疗效相同,提示炎症因子预处理可提高huMSC的免疫调节作用,从而有效提高MSC治疗的疗效。MSC的免疫调节作用机制一直是MSC领域的研究难点,但其机制仍不清楚,基于前期研究基础,利用逆时序分析从单个细胞基因水平分析炎症因子刺激前后hpMSC、hmMSC和huMSC的免疫特性改变,结果表明,炎症因子刺激后,S＿hpMSC、S＿hmMSC和S＿huMSC均高表达免疫调节相关基因,但每个细胞的基因表达量不同。进一步分析发现,3种MSC分为两个细胞亚群,即自身表达免疫调节基因的细胞亚群和炎症因子刺激表达免疫调节基因的细胞亚群（即免疫调节可塑性细胞亚群）。炎症微环境调控可塑性细胞亚群高表达免疫调节相关基因,从而级联放大MSC的免疫调节作用,这一过程即是MSC发挥免疫调节作用的机制。进一步从转录水平分析炎症因子调控MSC高表达免疫调节基因的机制,SCENIC分析转录因子结果显示,转录因子IRF1是炎症微环境下hpMSC、hmMSC和huMSC表达最高的转录因子,体外q PCR、Western blot和免疫荧光实验结果表明,IRF1在S＿hpMSC、S＿hmMSC和S＿huMSC中的表达显著升高,且调控上述免疫调节相关基因的表达。体外huMSC与T细胞共培养实验结果显示,敲低IRF1的huMSC对T细胞增殖的抑制能力显著降低,提示炎症微环境下IRF1是MSC免疫调节作用的关键转录因子。上述实验结果证实,围产期胎盘来源MSC的免疫调控机制是由自身表达免疫调节基因的细胞亚群和炎症微环境调控表达免疫调节基因的细胞亚群共同发挥免疫调节功能实现的,其中IRF1是炎症微环境下调控MSC免疫调节相关基因表达的关键转录因子。另外,通过对hpMSC、hmMSC和huMSC单细胞转录组数据和BM-MSC、hpMSC、hmMSC和huMSC的RNA转录组数据分析,发现Chi3l1在huMSC中高表达,并与T细胞增殖、活化相关。为此,我们进行相关实验验证,结果表明,炎症因子IFN-γ和TNF-α刺激huMSC后,Chi3l1在m RNA水平和蛋白水平的表达均显著升高,且细胞上清分泌的Chi3l1蛋白亦显著升高。利用小鼠aGvHD模型探究Chi3l1对huMSC免疫调节功能的影响,结果表明,敲低Chi3l1的huMSC治疗aGvHD的疗效显著降低,其抑制Th17介导的炎症反应能力亦显著降低。体外共培养实验结果显示,敲低Chi3l1的huMSC抑制T细胞增殖的能力降低,这一现象与最新报道的研究结果一致。同时发现,Chi3l1通过抑制STAT3磷酸化减少Th17的分化是huMSC潜在的免疫调节机制。上述研究结果说明,Chi3l1是huMSC发挥免疫调节作用的重要调节分子。总之,我们从单细胞水平系统解析了围产期胎盘组织来源MSC的生物学特性,证实hpMSC、hmMSC和huMSC具有多向分化和免疫调节功能的异质性和差异性,发现huMSC具有显著的骨骼再生潜能和更低的免疫原性;揭示免疫调节是MSC固有的生物学功能,炎症微环境可级联放大这种免疫调节特性。首次绘制炎症微环境下hpMSC、hmMSC和huMSC的基因表达谱,发现3种MSC免疫调节功能的作用机制,是由一群恒定表达免疫调节基因的细胞亚群和一群受炎症微环境调控表达免疫调节基因的细胞亚群共同作用的过程。另外,发现炎症微环境中IRF1是调控hpMSC、hmMSC和huMSC免疫调节功能的关键转录因子,Chi3l1是重要的huMSC免疫负调控分子。上述发现是首次针对围产期胎盘组织来源MSC生物学特性尤其是免疫调节特性在单细胞水平进行的全面而系统的研究,揭示了围产期胎盘组织来源MSC的异质性、差异性以及免疫调节功能的作用机制,为未来MSC的精准化治疗提供了重要的理论基础与实验依据。