中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究院潘巍峻研究員帶領(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)胞歸巢的完整動態(tài)過程，該研究成果于北京時(shí)間2018年11月20日凌晨在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Nature》在線發(fā)表。
造血干細(xì)胞可以通過增殖分化產(chǎn)生紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等人體內(nèi)所有類型的血液細(xì)胞，而造血干細(xì)胞能夠自我更新和向下游分化從而建立整個(gè)血液系統(tǒng)的關(guān)鍵前提是其向造血組織的“歸巢”。“歸巢”通常指循環(huán)系統(tǒng)中的特定細(xì)胞類群定向遷移至生物體組織或器官微環(huán)境，維持或重塑其細(xì)胞命運(yùn)的生命過程。
造血干細(xì)胞歸巢的概念由來已久，基于其歸巢能力的造血干細(xì)胞移植已在臨床被廣泛應(yīng)用于血液、免疫和腫瘤等重大疾病的治療。但由于該生命過程的時(shí)空跨度非常大，觀察手段十分有限。雖然科研人員在過去幾十年的研究過程中，對歸巢的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)進(jìn)行了一定的解析，但歸巢在體內(nèi)究竟如何發(fā)生，歸巢的微環(huán)境究竟是何種結(jié)構(gòu)，微環(huán)境細(xì)胞又是如何幫助造血干細(xì)胞歸巢的等一系列關(guān)鍵科學(xué)原理依然知之甚少，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。
中科院上海生命科學(xué)研究院、中科院上海營養(yǎng)與健康研究院院長、中科院院士李林表示：“這一成果揭示了一種體內(nèi)微環(huán)境依賴的干細(xì)胞行為和命運(yùn)調(diào)控方式，是細(xì)胞命運(yùn)可塑性研究在體水平的一項(xiàng)成功嘗試，對生命科學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的借鑒意義。”
潘巍峻研究員及其核心研究團(tuán)隊(duì)
（后排從左向右為此項(xiàng)研究成果的共同第一作者李美、李丹彤、薛文志）
六年來，潘巍峻研究員帶領(lǐng)這個(gè)平均年齡只有27.2歲的團(tuán)隊(duì)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。
研究人員在國際上率先采用可變色熒光蛋白建立了造血干細(xì)胞標(biāo)記系統(tǒng)，在高分辨率共聚焦熒光顯微鏡下，建立了造血干細(xì)胞長時(shí)程活體觀察追蹤方案，從宏觀到微觀，生動地呈現(xiàn)了造血干細(xì)胞從誕生到歸巢的全過程。經(jīng)過對大規(guī)模長時(shí)程活體成像的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)了造血干細(xì)胞歸巢的時(shí)空規(guī)律及“熱點(diǎn)區(qū)域”，并結(jié)合精細(xì)成像和三維重構(gòu)技術(shù)，首次揭示了體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢微環(huán)境的獨(dú)特微血管結(jié)構(gòu)。
共聚焦顯微鏡活體觀察早些干細(xì)胞歸巢
顯微注射
在研究過程中，他們還意外地發(fā)現(xiàn)了一種全新的微環(huán)境細(xì)胞，并將其命名為“先導(dǎo)細(xì)胞”。這類細(xì)胞是一種之前未被定義過的巨噬細(xì)胞新亞型，存在于歸巢“熱點(diǎn)區(qū)域”附近，它們可以識別進(jìn)入造血組織的造血干細(xì)胞并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。
這是由中國科學(xué)家獨(dú)立完成的原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn)，研究過程中突破了現(xiàn)有理論及研究體系，以獨(dú)特的視角呈現(xiàn)了造血干細(xì)胞在生物體內(nèi)歸巢的全過程。開啟了國際上造血干細(xì)胞領(lǐng)域的在體長時(shí)程、高分辨研究新時(shí)代。
“先導(dǎo)細(xì)胞”引導(dǎo)造血干細(xì)胞進(jìn)入血管微環(huán)境的原理圖
（紫色細(xì)胞為“先導(dǎo)細(xì)胞”，VC指示靜脈微血管,綠色代表血管）
該工作不僅回答了“體內(nèi)的造血干細(xì)胞歸巢如何發(fā)生”這一世界造血干細(xì)胞研究領(lǐng)域的重大科學(xué)問題，而且發(fā)現(xiàn)了對于造血干細(xì)胞歸巢起關(guān)鍵引導(dǎo)作用的“先導(dǎo)細(xì)胞”，為提高造血干細(xì)胞移植效率的轉(zhuǎn)化研究提出了新理論，開創(chuàng)了新思路。
華山醫(yī)院血液科的主任醫(yī)師陳彤表示：“潘教授帶領(lǐng)它的團(tuán)隊(duì)直接在體內(nèi)觀察到了造血干細(xì)胞歸巢的現(xiàn)象，他們發(fā)現(xiàn)了在造血干細(xì)胞歸巢的時(shí)候，是有先導(dǎo)細(xì)胞的，就類似于doorman(看門人)，這個(gè)先導(dǎo)細(xì)胞能夠?yàn)樵煅杉?xì)胞歸巢打開方便之門，這種發(fā)現(xiàn)，也預(yù)示著我們今后在臨床進(jìn)行造血干細(xì)胞移植的時(shí)候，可以靶向的，定向的誘導(dǎo)造血干細(xì)胞的歸巢，可以大大提高我們以后造血干細(xì)胞移植的成功率。”
參考資料：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0709-7
——本期完——
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潘巍峻實(shí)驗(yàn)室采用愛生斑馬魚繁育系統(tǒng)開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究
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