來源 科學(xué)網(wǎng) 快資訊 潘巍峻研究員及其核心研究團(tuán)隊(duì)成員李美、李丹彤、薛文志 中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究院研究員潘巍峻帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)，在國際上首次高清晰解析了體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢的完整動(dòng)態(tài)過程，該研究成果于2018年11月20日在線發(fā)表于《自然》（Nature）雜志上。 人體血液中包含紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等各個(gè)類型的細(xì)胞，而這些血液細(xì)胞都來源于造血干細(xì)胞。 白血病的發(fā)病原因大都是人體的造血機(jī)能出了問題，醫(yī)生通過骨髓移植或造血干細(xì)胞移植，在臨床上已經(jīng)挽救了成千上萬的生命。但是，造血干細(xì)胞必須“歸巢”——在血液循環(huán)系統(tǒng)中尋找適宜的微環(huán)境“安家”，才能進(jìn)行自我更新并分化出血液中的各類細(xì)胞，以保障血液循環(huán)維持正常的生理功能。然而，盡管造血干細(xì)胞歸巢的概念已經(jīng)由來已久，但由于這種生命過程的時(shí)空跨度非常大，觀察手段十分有限。在過去幾十年的研究中，科學(xué)家對(duì)歸巢在體內(nèi)的生理過程一直撲朔迷離，嚴(yán)重制約了臨床造血干細(xì)胞移植等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。 顯微鏡只能“顯微”，而生物體的生命活動(dòng)是一個(gè)宏觀過程。潘巍峻團(tuán)隊(duì)首先從研究方法上著手，他們歷時(shí)6年，在優(yōu)化活體成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合活體免疫熒光標(biāo)記、遺傳調(diào)控和圖形重構(gòu)計(jì)算等方法，首創(chuàng)了一套全新的可以完整解析體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢全過程的研究體系。開啟了國際上造血干細(xì)胞領(lǐng)域的在體長時(shí)程、高分辨研究的新時(shí)代。 造血干細(xì)胞歸巢停留“熱點(diǎn)區(qū)域”的三維重構(gòu)模型 （紅色-造血干細(xì)胞，藍(lán)色-動(dòng)脈，綠色-靜脈） 他們把斑馬魚尾部造血組織中每個(gè)造血干細(xì)胞停留的時(shí)間和空間全部解析了出來。由于斑馬魚也是脊椎動(dòng)物，其神經(jīng)系統(tǒng)、心臟、腎臟和主要造血組織都和人類十分相似，且胚胎全身透明便于觀察，該團(tuán)隊(duì)搭建了斑馬魚活體成像平臺(tái)。經(jīng)過對(duì)大規(guī)模長時(shí)程活體成像的統(tǒng)計(jì)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)存在著一些造血干細(xì)胞歸巢的“熱點(diǎn)區(qū)域”，其中有一些獨(dú)特的微血管結(jié)構(gòu)，它們就是造血干細(xì)胞的“家”。這些微血管就像是高速公路旁邊的加油站或者停留區(qū)，其空間非常狹小，基本上跟造血干細(xì)胞尺寸差不多。造血干細(xì)胞進(jìn)去之后，可以進(jìn)一步進(jìn)行增殖分化等生理過程。 他們還意外地發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞并不知道自己的“家門”，需要一種微環(huán)境細(xì)胞來當(dāng)幫手——被他們稱為“先導(dǎo)細(xì)胞”。這類細(xì)胞是之前未被定義過的一種巨噬細(xì)胞新亞型，它們?cè)跉w巢“熱點(diǎn)區(qū)域”附近“巡邏”，發(fā)現(xiàn)有經(jīng)過的造血干細(xì)胞，就會(huì)將其引入特定的血管結(jié)構(gòu)中，從而實(shí)現(xiàn)造血干細(xì)胞的歸巢。 2015年，國外的一個(gè)由權(quán)威專家組成的團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了一篇論文，他們發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞是通過一種類似“包湯圓”的方式實(shí)現(xiàn)歸巢的，這一報(bào)告在領(lǐng)域內(nèi)引起了轟動(dòng)。潘巍峻團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，上述方式其實(shí)只占到造血干細(xì)胞歸巢總量的四分之一，而大部分的干細(xì)胞歸巢是通過“先導(dǎo)細(xì)胞”的引導(dǎo)才“安家”在靜脈微血管結(jié)構(gòu)中的。 “現(xiàn)在的造血干細(xì)胞移植往往需要輸進(jìn)入幾千萬到上億個(gè)細(xì)胞，但真正起作用的可能就幾十個(gè)到幾百個(gè)，就是因?yàn)椴恢酪浦策M(jìn)去之后能不能歸巢。”中科院分子細(xì)胞卓越創(chuàng)新中心/生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員景乃禾說，“有了這項(xiàng)成果，人們掌握了歸巢的過程，將來就有可能去精確地調(diào)控造血干細(xì)胞歸巢微環(huán)境，大大減少移植所需要的干細(xì)胞數(shù)量，節(jié)約大量的醫(yī)療成本。”《自然》期刊高級(jí)編輯Natalie Le Bot在評(píng)價(jià)中稱，這一研究結(jié)果有望成為將來提高骨髓移植成功率的關(guān)鍵。
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