研究**揭秘新生造血干細胞在體歸巢全過程

中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究院研究員潘巍峻帶領(lǐng)其研究團隊，在國際上**高清晰解析了體內(nèi)造血干細胞歸巢的完整動態(tài)過程，該研究成果于北京時間11月20日在國際學術(shù)期刊Nature（《自然》）在線發(fā)表。造血干細胞可以通過增殖分化產(chǎn)生紅細胞、白細胞、血小板等人體內(nèi)所有類型的血液細胞，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，維持或重塑其細胞命運的生命過程。

造血干細胞歸巢的概念由來已久，基于其歸巢能力的造血干細胞移植已在臨床被廣泛應(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，對歸巢的細胞和分子基礎(chǔ)進行了一定的解析，但歸巢在體內(nèi)生理情況下究竟如何發(fā)生，歸巢的微環(huán)境究竟是何種結(jié)構(gòu)，微環(huán)境細胞又是如何幫助造血干細胞歸巢的等一系列關(guān)鍵科學原理依然知之甚少，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。

為攻克這一科技難題，潘巍峻帶領(lǐng)其團隊歷時6年，在優(yōu)化活體成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步整合活體免疫熒光標記、遺傳調(diào)控和圖形重構(gòu)計算等方法，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胞標記系統(tǒng)，在高分辨率共聚焦熒光顯微鏡下，建立了造血干細胞長時程活體觀察追蹤方案，從宏觀到微觀，生動地呈現(xiàn)了造血干細胞從誕生到歸巢的全過程。經(jīng)過對大規(guī)模長時程活體成像的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)了造血干細胞歸巢的時空規(guī)律及“熱點區(qū)域”，并結(jié)合精細成像和三維重構(gòu)技術(shù)，**揭示了體內(nèi)造血干細胞歸巢微環(huán)境的獨特微血管結(jié)構(gòu)。

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)境細胞，并將其命名為“先導細胞”。這類細胞是一種之前未被定義過的巨噬細胞新亞型，存在于歸巢“熱點區(qū)域”附近，它們可以識別進入造血組織的造血干細胞并將其引入特定的血管結(jié)構(gòu)中，從而實現(xiàn)造血干細胞的歸巢。

這是由中國科學家獨立完成的原創(chuàng)性科學發(fā)現(xiàn)，研究過程中突破了現(xiàn)有理論及研究體系，以獨特的視角呈現(xiàn)了造血干細胞在生物體內(nèi)歸巢的全過程。開啟了國際上造血干細胞領(lǐng)域的在體長時程、高分辨研究新時代。該工作不僅回答了“體內(nèi)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)域的重大科學問題，而且發(fā)現(xiàn)了對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(zhuǎn)化研究提出了新理論，開創(chuàng)了新思路。

上述研究成果由潘巍峻帶領(lǐng)研究生李丹彤、薛文志和李美等，與中科院生物化學與細胞生物學研究所研究員李林、陳劍峰、周波，中國科學技術(shù)大學教授姚雪彪，耶魯大學醫(yī)學院教授吳殿青等協(xié)同攻關(guān)下共同完成，并得到西南大學教授羅凌飛和香港科技大學教授溫子龍的幫助。