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Nature子刊:造血干细胞听命于巨核细胞

标签:干细胞
摘要 : 巨核细胞(megakaryocyte)最为人所知的是能够生成愈合伤口的血小板。根据来自Stowers医学研究所的一项新发现,在骨髓中这些“巨大”的细胞还对调控干细胞起至关重要的作用。事实上,造血干细胞分化生成了骨髓中的巨核细胞。新研究第一次证实了造血干细胞(母细胞)直接受控于它自身的后代细胞(巨核细胞)。相关论文发表在10月19日的《自然医学》(Nature Medicine)杂志上。

巨核细胞(megakaryocyte)最为人所知的是能够生成愈合伤口的血小板。根据来自Stowers医学研究所的一项新发现,在骨髓中这些“巨大”的细胞还对调控干细胞起至关重要的作用。事实上,造血干细胞分化生成了骨髓中的巨核细胞。新研究第一次证实了造血干细胞(母细胞)直接受控于它自身的后代细胞(巨核细胞)。相关论文发表在10月19日的《自然医学》(Nature Medicine)杂志上。

领导这一研究的是著名华人科学家、斯托瓦斯医学研究所的李凌衡(Linheng Li)教授,其长期致力于干细胞研究工作,在干细胞研究领域做出了突出的成绩。曾获全美血液学学会“优秀学者奖”。在Nature Genetics,Immnity,Blood等著名医学杂志发表发表论著数十篇。同时担任国际一流医学杂志Cell Stem Cell、Stem Cells、AACR、JBC等的编委及Nature、Science等的审稿专家。

来自李凌衡实验室的研究结果可能会引发研究人员重新思考他们所知道的巨核细胞运作机制,并有可能促成一些新的方法治疗从化疗或器官移植中恢复过来的患者。

“我们的结果表明,巨核细胞或可在临床上用于促进成体干细胞再生,以及扩增用于成体干细胞移植的培养细胞,”论文的主要作者、Stowers医学研究所博士后赵梦(Meng Zhao,音译)说。

研究人员发现,巨噬细胞直接调控了小鼠造血干细胞的功能。造血干细胞是一类能够形成血液和免疫细胞,不断更新身体血液供应的成体干细胞。这些细胞可以发育为所有的血细胞类型,包括白细胞、红细胞和血小板。

由于它们拥有非凡的能力,能够进行自我更新及分化为其他的细胞,造血干细胞成为了研究热点,并被用于治疗许多的疾病和身体状况。移植分离的人类造血干细胞用于治疗贫血、免疫缺陷以及包括癌症在内的其他疾病。

基础研究一直以来都将焦点放在鉴别及确定造血干细胞的特征上,然而由于骨髓微环境的复杂性到现在仍不清楚造血干细胞的确切作用机制以及它们的调控机制。赵梦和同事们发现,一种终末分化的后代细胞巨核细胞通过执行两种从前未知的功能调控了造血干细胞。

赵梦说:“巨核细胞通过告诉造血干细胞何时需要保持在静息期,何时需要启动增殖以满足不断增长的需求来调控了造血干细胞的数量。维持这一微妙的平衡至关重要。你不会想生成过多或过少的造血干细胞。”

同样发表在10月19日《Nature Medicine》杂志上,来自于艾伯特爱因斯坦医学院的Paul S. Frenette博士实验室的相似研究支持了这些研究结果。

利用先进的细胞计数技术、成像以及组织学中心,研究人员探究了小鼠骨髓中巨核细胞与造血干细胞的关系。在他们的研究过程中,研究人员发现巨核细胞中的TGF-B1发送了造血干细胞静息信号。他们还发现当处于化疗压力下时,巨噬细胞会发生FGF1信号刺激造血干细胞增殖。

李凌衡说:“我们的研究结果表明,巨核细胞是化疗后造血干细胞恢复的必要条件。”这一研究发现为我们提供了一些认知,利用巨核细胞来源的一些因子如TGF-B1和FGF1可在临床上促进造血干细胞再生。

在培养物中操控巨核细胞微环境来支持造血细胞生长是研究人员下一步打算开展的研究工作。赵梦和同事们也在调查能否利用巨核细胞微环境来帮助在体外扩增人类造血干细胞,以及扩大对患者的干细胞移植。

原文摘要:

Megakaryocytes maintain homeostatic quiescence and promote post-injury regeneration of hematopoietic stem cells 

Multiple bone marrow stromal cell types have been identified as hematopoietic stem cell (HSC)-regulating niche cells1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. However, whether HSC progeny can serve directly as HSC niche cells has not previously been shown. Here we report a dichotomous role of megakaryocytes (MKs) in both maintaining HSC quiescence during homeostasis and promoting HSC regeneration after chemotherapeutic stress. We show that MKs are physically associated with HSCs in the bone marrow of mice and that MK ablation led to activation of quiescent HSCs and increased HSC proliferation. RNA sequencing (RNA-seq) analysis revealed that transforming growth factor β1 (encoded by Tgfb1) is expressed at higher levels in MKs……

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