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在胚胎发育过程中,造血的发生分为原始造血与永久造血。原始造血产生的红细胞是原始性红细胞,而永久造血产生永久性红细胞。二者在大小与血红蛋白表达上有很多差异。由于发育早期的胚胎较小,操作困难,胚胎干细胞的体外分化体系是研究早期胚胎发育较好的体外模型。胚胎干细胞在体外形成3D的拟胚体结构,并进一步形成各种血细胞。已有报导CD41+细胞代表永久造血的开始,但关于原始造血在拟胚体中的代表性群体尚不清楚。本研究发现,在胚胎干细胞分化过程的第4天,CD71+high细胞群体出现,并高度富集原始红细胞,这些细胞具有发育形成原始红细胞集落的潜能,在体外诱导成熟时,其血红蛋白组成的变化与体内原始红细胞成熟过程中血红蛋白的改变相同。另外,血细胞特异性转录因子SCL的缺失导致CD71+high细胞群体的消失,进一步研究发现SCL通过CD71的增强子调节CD71的表达。MicroRNA是近年来发现的一类非编码RNA,可通过与靶基因mRNA的3’-UTR结合导致mRNA的降解或抑制其翻译而对细胞的发育及功能进行调节。miR-451在成体红细胞中高表达,miR-451缺失的小鼠红细胞发育异常。已知miR-451的靶基因是Ywhaz,在血发生中受转录因子GATA-1的调节。但是miR-451在胚胎血发生中的表达及其作用机制尚不清楚。本研究发现miR-451在胚胎干细胞来源的原始红细胞以及永久造血前体细胞中高表达,并且受SCL调节。在血发生过程中,红细胞巨核细胞的前体进一步分化形成红细胞与巨核细胞。在体外诱导系统中,miR-451不仅能促进红细胞的发育,同时能抑制巨核细胞的发育。进一步的研究发现CAP1为miR-451新的靶基因。该基因在机体组织中广谱表达,但是在红细胞成熟过程中表达水平明显降低。CAP1的knockdown实验揭示了CAP1表达的下降促进红细胞的发育,但CAP1在巨核细胞中的功能及其作用机制还有待进一步研究。而另一microRNA, miR-142则促进巨核细胞的形成,抑制红细胞的成熟。ETS家族的转录因子,FLI-1、ERG、ETS-1在造血干细胞中高表达,但它们在红细胞及巨核细胞的形成中特异性作用尚不清楚。本研究发现,FLI-1、ERG、 ETS-1在巨核细胞的形成中表达上升,并与GATA-1相互作用,共同调节内源性血小板趋化因子CCL5及PBP的表达。另外,本研究结果表明,红系特异性基因KLF1过表达促进红系的发育而抑制巨核细胞的形成,而巨核细胞特异性基因ERG等的过表达对红细胞的发育有抑制作用。综上所述,本研究确定了CD71+high细胞群体做为胚胎干细胞体外分化形成的原始红细胞群体,为下一步研究红细胞的发育与成熟建立了较好的体外检测体系。另外,本研究发现microRNAs与转录因子对红细胞及巨核细胞的谱系平衡的调控具有重要作用,为红细胞及巨核细胞的定向分化体系的优化提供了新的研究方向。