目的:为了解析正常人骨髓间充质干细胞的异质性,分析其不同亚群的差异和功能。并通过与骨质疏松患者骨髓间充质干细胞的对比,探索骨质疏松症的发病原理和机制。研究方法:从采集的骨髓中,提取单个核细胞,用免疫磁珠法提取间充质干细胞,经过质控后进行单细胞转录组测序,根据测序结果,将正常组和骨质疏松组细胞进行分群,对细胞亚群进行分析,明确差异基因,根据差异基因进行GO和KEGG富集分析,最终对细胞亚群作出解析,探明骨质疏松症发生发展过程中间充质干细胞发生的变化。结果:本研究提取到健康BMSCs样本17899个细胞;骨质疏松症患者BMSCs样本19096个细胞。根据Graph-based的分群方法,将健康对照组BMSCs分出来14个细胞亚群,骨质疏松组13个细胞亚群,除了成骨分化亚群在骨质疏松组没有发现,其余所有亚群均与正常组一一对应。选取各亚群差异表达的前20个基因作为该亚群的特征基因,并根据这些基因进行GO和KEGG富集分析。结果发现正常组间充质干细胞亚群3与亚群12表达了许多分化相关的基因,表现出了BMSCs多向分化的潜力,而其他亚群则更多的与免疫调节或系统功能相关,成骨分化基因在这两个亚群,尤其是亚群12显著高表达,因此我们将亚群12定义为成骨分化系亚群。我们又把正常组BMSCs与骨质疏松组BMSCs的整体基因表达进行了对比,结果显示共有5615个表达下调的基因和2478个表达上调的基因。其中,成骨分化的相关基因表达下调,成脂分化基因表达上调,导致了骨形成的不足,而其他免疫相关亚群的激活促进了破骨细胞的成熟分化,加强了骨吸收。结论:骨髓间充质干细胞存在着许多细胞亚群,它们各自表达自己的特征基因并且发挥着不同的功能。骨质疏松患者的骨髓间充质干细胞发生了变化,首先其成骨亚群消失,成骨细胞前体细胞显著减少,其次在分化亚群中成骨分化的倾向也大幅降低,相应地,脂肪分化的趋势有所增加,并且其他负责免疫调节的亚群中免疫相关基因的表达上调,促进了破骨细胞的激活,多种因素共同介导了骨质疏松症的发生发展。