Cell：干細(xì)胞與干細(xì)胞巢的互作

日期：2015-01-19 08:58:43

科學(xué)家們利用透明的斑馬魚(yú)和先進(jìn)的成像技術(shù)，首次直接觀察了造血干細(xì)胞在體內(nèi)扎根的過(guò)程，這項(xiàng)研究發(fā)表在本周的Cell雜志上。波士頓兒童醫(yī)院的研究人員在這篇文章中描述了一個(gè)驚人的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，有助于改善癌癥、嚴(yán)重免疫缺陷和血液疾病患者的骨髓移植。

“我們的成像研究揭示了一系列可以成為靶標(biāo)的步驟，理論上我們可以開(kāi)發(fā)藥物影響其中的任何一步。”文章的資深作者Leonard Zon說(shuō)。

“迄今為止，干細(xì)胞和骨髓移植還是比較神秘的過(guò)程。我們將細(xì)胞引入患者體內(nèi)，然后檢測(cè)到血液系統(tǒng)的恢復(fù)，但我們并不清楚這其中究竟發(fā)生了什么，”文章的共同第一作者Owen Tamplin博士說(shuō)。“現(xiàn)在我們可以真正看到這一過(guò)程中的各個(gè)階段。”

血液系統(tǒng)的起源

已知造血干細(xì)胞來(lái)自于主動(dòng)脈中的細(xì)胞，這些干細(xì)胞在機(jī)體中循環(huán)，直到找到干細(xì)胞巢（nich）為造血做好準(zhǔn)備。研究人員在透明的斑馬魚(yú)胚胎中將造血干細(xì)胞標(biāo)記為綠色，然后通過(guò)延時(shí)成像揭示了干細(xì)胞巢的形成過(guò)程。

新生的造血干細(xì)胞到達(dá)干細(xì)胞巢（斑馬魚(yú)尾部）之后，就會(huì)粘附到血管壁上。化學(xué)信號(hào)幫助它們穿過(guò)血管壁，到達(dá)血管外的特定位置。“在那里有許多細(xì)胞開(kāi)始和造血干細(xì)胞互作，”Zon說(shuō)。

附近的血管內(nèi)皮細(xì)胞將造血干細(xì)胞包裹起來(lái)，“這是讓干細(xì)胞在‘巢穴’中感到快樂(lè)的第一步，就像是母親擁抱。”這時(shí)造血干細(xì)胞接觸到附近的基質(zhì)細(xì)胞或滋養(yǎng)細(xì)胞，這些細(xì)胞能幫助干細(xì)胞保持粘附。干細(xì)胞緊緊抓住滋養(yǎng)細(xì)胞，就像嬰兒粘上自己的母親。

研究人員通過(guò)一系列共聚焦顯微鏡和電鏡圖片，在斑馬魚(yú)中重現(xiàn)了這一過(guò)程，構(gòu)建了干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞組成的完整3D結(jié)構(gòu)。“這是首次在高分辨率水平上，對(duì)干細(xì)胞與干細(xì)胞巢的互作進(jìn)行活體成像，”Zon說(shuō)。

最后，簇?fù)碓谝黄鸬母杉?xì)胞開(kāi)始分裂。它們會(huì)一個(gè)個(gè)離開(kāi)干細(xì)胞巢，到達(dá)最終的造血位點(diǎn)（斑馬魚(yú)的腎臟）。研究人員在小鼠中進(jìn)行了類似的成像研究，發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的造血干細(xì)胞也經(jīng)歷了差不多的過(guò)程。在人類中，造血干細(xì)胞的最終居所是骨髓。

Zon等人希望在此基礎(chǔ)上改善骨髓移植。他們?cè)诖罅堪唏R魚(yú)胚胎中進(jìn)行了化學(xué)篩選，發(fā)現(xiàn)石蒜堿（lycorine）能促進(jìn)造血干細(xì)胞與干細(xì)胞巢的互作，生成更多的造血干細(xì)胞。