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人类肝脏发育的第一张细胞图揭示了血液和免疫系统如何发育

科学家创造了人类发育的肝细胞图集,这是世界第一,它提供了关于胎儿血液和免疫系统如何发育的重要见解。它绘制了妊娠的前三个月和第二三个月之间发育中的肝细胞景观的变化图,包括肝脏干细胞如何播种其他组织,以支持生长所需的氧气的高需求。

该图集于2019年10月9日在《自然》杂志上发表,由维康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute),维康剑桥大学MRC剑桥干细胞研究所,纽卡斯尔大学,剑桥大学及其合作者共同完成。它是一种全面的高分辨率资源,可增进我们对正常发育的理解,并协助医疗机构应对可能在发育过程中形成的疾病,例如白血病和免疫疾病。

直到现在,人类血液和免疫系统的发育方式仍是未知的,这一过程被称为造血过程。成年后,正是骨髓造就了我们的血液和免疫细胞。但是在早期胚胎生活中,卵黄囊和肝脏在制造血液和免疫细胞中起着重要作用。这些细胞随后播种外周组织,例如皮肤,肾脏,最后是骨髓。

科学家使用单细胞技术分析了14万个肝细胞和74,000个皮肤,肾脏和卵黄囊细胞。通过从发育中的肝脏中分离细胞,他们可以通过表达的基因识别它们,并观察细胞的外观。使用重金属标记物“标记”发育肝脏部分的造血细胞,以便研究人员可以将每个细胞定位到其位置。

纽卡斯尔大学研究的资深作者,韦尔康姆·桑格研究所高级临床研究员Muzlifah Haniffa教授说:“直到现在,这一领域的研究有点像蒙着眼睛研究大象的人,每个人只描述了很小的一部分。这是任何人第一次描述整体情况,以及血液和免疫系统如何如此详细地描述。这是一项非凡的,多学科的工作,现在可以作为整个科学界的工具。”

发育中的胎儿需要大量的氧气来促进生长。研究发现,在发育过程中,“母亲”造血干细胞留在肝脏中。但是由于仅靠肝脏无法提供足够的红细胞,因此下一代“子代”细胞-被称为祖细胞-进入其他组织。它们在皮肤等地方成熟,在那里发展成红血球,有助于满足对氧气的高需求。

Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所和剑桥大学血液学系的资深作者Elisa Laurenti博士说:“我们知道随着成年人的免疫系统发生变化,这项研究表明了肝脏如何产生免疫功能。血液和免疫细胞会在很短的时间内发生变化,即使在受孕后的7至17周之间也是如此。如果我们能够了解是什么使肝脏中的干细胞如此擅长于制造红血球,它将对再生产生重要意义。医学。”

研究人员还绘制了已知与免疫缺陷有关的基因图谱,以查看哪些细胞在表达它们。基因突变可导致免疫系统疾病,例如白血病,人们希望通过了解健康的肝功能如何发展,可以了解免疫系统疾病的产生方式以及治疗方法。

剑桥大学惠康·桑格研究所的资深作者,人类细胞图谱组织委员会联合主席Sarah Teichmann博士说:“人类肝脏图谱的第一个全面细胞图谱是人类细胞图谱计划的又一个里程碑。这些数据现在可供任何人免费使用,将成为更好地了解健康细胞发育和致病基因突变的重要资源。”

惠康遗传与分子科学业务经理卡特里娜·金(Katrina Gold)博士说:“我们的免疫系统对于保护我们免受疾病的侵害至关重要,但我们对免疫细胞在早期胚胎中的发育和行为了解甚少。这项研究意义重大。重要的是,为将来的研究奠定了重要基础,可以帮助我们加深对与早期免疫系统有关的疾病(例如儿童白血病)的理解。《人类细胞图集》有可能改变我们对健康和疾病的理解,我们为请参阅我们由惠康(Wellcome)资助的多学科科学家团队的首次发现。”

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