具有自我更新及多向分化潜能的造血干细胞(Hematopoietic stem cells, HSCs)被认为是对抗许多血液疾病和免疫疾病的重要关键,在《Nature》最新研究中,日本熊本大学团队发现大多数造血前驱细胞(Hematopoietic progenitor cells, HPCs)其实并非来自造血干细胞,随着对相关机制更深入了解,这项发现将引领科学家更接近体外造血干细胞的目标。
冷冻胚胎技术存在隐忧,冻胚出生的婴孩患癌风险较高?(基因线上国际版)造血干细胞和造血前驱细胞的独立起源
胎儿肝脏是胚胎期的主要造血器官,一般认为,胎儿肝脏的造血层级结构(Hematopoietic hierarchy)是由造血干细胞分化建立而成,而造血干细胞和后代前驱细胞间的关系,也就自胚胎时期一直维持至成人。
然而透过谱系追踪(lineage tracing)及针对造血干细胞耗尽的突变小鼠实验中,日本团队却有了不一样的发现:大多数造血前驱细胞其实直接来自造血干细胞与前驱细胞的前体(pre-HSPC),而非如过去所想的是来自造血干细胞。事实上,胎儿造血干细胞似乎对出生前造血前驱细胞的产生贡献最小。
在胎儿发育过程中,为了维持造血系统来促进身体生长,造血干细胞必须同时完成自我更新并分化生产造血细胞,这两项看似相反的任务如何在短暂的胚胎期内完成一直是个谜团。而这些发现正好表明胚胎中的大多数血细胞并不依赖造血干细胞,为组织和干细胞的快速且同时生长提供合理的策略。基于此项结果,研究人员认为,人们应重新考虑干细胞在胚胎体形成中的作用。
在胚胎内动脉特异性表达的转录因子 Evi1
除了造血系统的形成,研究人员还解决了关于造血干细胞是如何起源的问题。过去造血干细胞被认为来自胚胎内主动脉-生殖腺-中肾(aorta-gonad-mesonephros, AGM)的区域,因缺乏明确分子证据,这项发现一直存在争议。在这项合作研究中,研究人员首次证明转录因子 Evi1 在胚胎内动脉中特异性表达,而这正是造血干细胞生成必需且得充足存在的。
截至目前为止,科学家还无法找出一种从 iPS/ES 细胞中特异性生产造血干细胞的方法,深入了解造血干细胞和胚胎中造血系统的形成,将能促进再生医学进一步发展。这项工作中提出的研究结果,将能为改进培造血干细胞的培养系统提供重要数据。
研究作者、熊本大学横沟智雅(Tomomasa Yokomizo)博士表示,科学家知道为什么造血干细胞难以生产,这项研究表明,Evi1 表达可能是在体外诱导生产的一个很好的指标。
在对抗许多血液和免疫疾病方面上,造血干细胞扮演着举足轻重的角色。熊本研究团队目前正研究出生前造血干细胞是如何产生的,并期盼最终能让在实验室中生产可用于移植的造血干细胞变得更加容易。
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1. Nature, 2022,https://doi.org/10.1038/s41586-022-05203-0
2. https://ewww.kumamoto-u.ac.jp/en/news/581/
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