中國科學(xué)院上海營(yíng)養與健康研究院潘巍峻研究員帶領(lǐng)其研究團隊，在國際上首次高清晰解析了體內造血干細胞歸巢的完整動(dòng)態(tài)過(guò)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(xiàn)發(fā)表。

造血干細胞可以通過(guò)增殖分化產(chǎn)生紅細胞、白細胞、血小板等人體內所有類(lèi)型的血液細胞，而造血干細胞能夠自我更新和向下游分化從而建立整個(gè)血液系統的關(guān)鍵前提是其向造血組織的“歸巢”。“歸巢”通常指循環(huán)系統中的特定細胞類(lèi)群定向遷移至生物體組織或器官微環(huán)境，維持或重塑其細胞命運的生命過(guò)程。

造血干細胞歸巢的概念由來(lái)已久，基于其歸巢能力的造血干細胞移植已在臨床被廣泛應用于血液、免疫和腫瘤等重大疾病的治療。但由于該生命過(guò)程的時(shí)空跨度非常大，觀(guān)察手段十分有限。雖然科研人員在過(guò)去幾十年的研究過(guò)程中，對歸巢的細胞和分子基礎進(jìn)行了一定的解析，但歸巢在體內究竟如何發(fā)生，歸巢的微環(huán)境究竟是何種結構，微環(huán)境細胞又是如何幫助造血干細胞歸巢的等一系列關(guān)鍵科學(xué)原理依然知之甚少，嚴重制約了臨床造血干細胞移植等相關(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(yíng)養與健康研究院院長(cháng)、中科院院士李林表示：“這一成果揭示了一種體內微環(huán)境依賴(lài)的干細胞行為和命運調控方式，是細胞命運可塑性研究在體水平的一項成功嘗試，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隊

（后排從左向右為此項研究成果的共同第一作者李美、李丹彤、薛文志） 

六年來(lái)，潘巍峻研究員帶領(lǐng)這個(gè)平均年齡只有27.2歲的團隊在優(yōu)化活體成像技術(shù)的基礎上，進(jìn)一步整合活體免疫熒光標記、遺傳調控和圖形重構計算等方法，首創(chuàng )了一套全新的可以完整解析體內造血干細胞歸巢全過(guò)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胞標記系統，在高分辨率共聚焦熒光顯微鏡下，建立了造血干細胞長(cháng)時(shí)程活體觀(guān)察追蹤方案，從宏觀(guān)到微觀(guān)，生動(dòng)地呈現了造血干細胞從誕生到歸巢的全過(guò)程。經(jīng)過(guò)對大規模長(cháng)時(shí)程活體成像的統計分析，發(fā)現了造血干細胞歸巢的時(shí)空規律及“熱點(diǎn)區域”，并結合精細成像和三維重構技術(shù)，首次揭示了體內造血干細胞歸巢微環(huán)境的獨特微血管結構。

共聚焦顯微鏡活體觀(guān)察早些干細胞歸巢

顯微注射

在研究過(guò)程中，他們還意外地發(fā)現了一種全新的微環(huán)境細胞，并將其命名為“先導細胞”。這類(lèi)細胞是一種之前未被定義過(guò)的巨噬細胞新亞型，存在于歸巢“熱點(diǎn)區域”附近，它們可以識別進(jìn)入造血組織的造血干細胞并將其引入特定的血管結構中，從而實(shí)現造血干細胞的歸巢。

這是由中國科學(xué)家獨立完成的原創(chuàng )性科學(xué)發(fā)現，研究過(guò)程中突破了現有理論及研究體系，以獨特的視角呈現了造血干細胞在生物體內歸巢的全過(guò)程。開(kāi)啟了國際上造血干細胞領(lǐng)域的在體長(cháng)時(shí)程、高分辨研究新時(shí)代。

“先導細胞”引導造血干細胞進(jìn)入血管微環(huán)境的原理圖

（紫色細胞為“先導細胞”，VC指示靜脈微血管,綠色代表血管）

該工作不僅回答了“體內的造血干細胞歸巢如何發(fā)生”這一世界造血干細胞研究領(lǐng)域的重大科學(xué)問(wèn)題，而且發(fā)現了對于造血干細胞歸巢起關(guān)鍵引導作用的“先導細胞”，為提高造血干細胞移植效率的轉化研究提出了新理論，開(kāi)創(chuàng )了新思路。

華山醫院血液科的主任醫師陳彤表示：“潘教授帶領(lǐng)它的團隊直接在體內觀(guān)察到了造血干細胞歸巢的現象，他們發(fā)現了在造血干細胞歸巢的時(shí)候，是有先導細胞的，就類(lèi)似于doorman(看門(mén)人)，這個(gè)先導細胞能夠為造血干細胞歸巢打開(kāi)方便之門(mén)，這種發(fā)現，也預示著(zhù)我們今后在臨床進(jìn)行造血干細胞移植的時(shí)候，可以靶向的，定向的誘導造血干細胞的歸巢，可以大大提高我們以后造血干細胞移植的成功率。”

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0709-7

——本期完——

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