深入探索造血微環(huán)境的奧秘
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 來源：生物通 / 2016-10-25 07:11:07
造血干細(xì)胞是一群具有自我更新及分化能力的多能干細(xì)胞，可以分化為所有類型的成熟血液細(xì)胞，在機體中扮演了重要的角色，造血微環(huán)境對于造血干細(xì)胞行使功能具有關(guān)鍵的調(diào)控作用，但直到最近幾年，造血微環(huán)境的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)才逐漸明晰。
近期來自CityofHope醫(yī)學(xué)中心和第四軍醫(yī)大學(xué)的聯(lián)合研究小組，采用腎臟包膜異位成骨移植、單細(xì)胞定量PCR技術(shù)、基因敲除小鼠和特異性細(xì)胞清除等方法，證實骨相關(guān)的Sca1+基質(zhì)前體細(xì)胞可發(fā)育成為造血微環(huán)境的構(gòu)成細(xì)胞，從而調(diào)控造血干細(xì)胞自我更新和分化。
造血干細(xì)胞是研究最早、最多、最深入的干細(xì)胞，40多年前人們已經(jīng)認(rèn)識到造血微環(huán)境對造血調(diào)控的重要意義，并提出了Niche概念和學(xué)說，直到最近幾年，Niche構(gòu)建組成的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)才逐漸明晰。
目前多個研究小組采用不同的細(xì)胞標(biāo)記，證實不同類型的細(xì)胞亞群，如成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、施萬細(xì)胞和血管周的基質(zhì)細(xì)胞，以及nestin+間充質(zhì)細(xì)胞、LeptinR+細(xì)胞、CAR細(xì)胞、Mx1+基質(zhì)細(xì)胞等，參與Niche構(gòu)建。但是此前一直不清楚這些細(xì)胞亞群之間的發(fā)育、重疊關(guān)系，這些構(gòu)建細(xì)胞在維持和調(diào)控HSC時是否具有功能上的協(xié)同或拮抗也值得深入研究。
我們小組證實成體骨相關(guān)的Sca1+、CD146+和CD166+亞群參與Niche的構(gòu)建，并且Sca1+細(xì)胞可分化為CD146+、CD166+細(xì)胞，為全面解析Niche的組成和構(gòu)建進(jìn)程奠定了重要基礎(chǔ)。
闡明Niche構(gòu)建細(xì)胞之間的世代次第關(guān)系，不但有助于闡明Niche的組成及構(gòu)建過程，更對合理應(yīng)用造血干細(xì)胞和干預(yù)造血微環(huán)境具有重要意義。由于直接干預(yù)造血干細(xì)胞的手段、進(jìn)展比較有限，因此科學(xué)家們將大量精力投入到了研究干涉Niche的可能性上面?；卮鹆薔iche構(gòu)建細(xì)胞之間的進(jìn)程和關(guān)系，就有可能十分精準(zhǔn)的干預(yù)造血微環(huán)境，使異常造血的治療或預(yù)防走上精準(zhǔn)之路。
在研究造血微環(huán)境過程中，如何有效模擬體內(nèi)環(huán)境是一大技術(shù)難題。雖然皮下注射成骨方式也被廣泛使用，但這類技術(shù)所需細(xì)胞數(shù)量多，效率較低，需要長達(dá)8周的實驗周期；腎臟包膜異位成骨也屬體內(nèi)研究，比體外誘導(dǎo)實驗更接近體內(nèi)實際，在Niche研究中已經(jīng)使用多年。而小鼠腎臟包膜下本身無骨組織，且血供十分豐富，可大大縮短實驗周期，4周即可成骨；該技術(shù)需要進(jìn)行外科手術(shù)操作，而且腎臟包膜下空間很小，注射體積就能容納10微升左右，實驗操作難度較大。
我們研究中還采用了單細(xì)胞定量PCR技術(shù)和免疫熒光染色全片掃描技術(shù)。干細(xì)胞數(shù)量少，直接進(jìn)行常規(guī)的基因、蛋白分析十分困難，而單細(xì)胞技術(shù)是近年研究的熱點技術(shù)，我們利用流式分選，獲得單個細(xì)胞，結(jié)合高通量的單細(xì)胞qRT-PCR技術(shù)，分析了Sca1+、CD146+和CD166+亞群的基因表達(dá)水平，從而為揭示三種細(xì)胞的次第關(guān)系提供了基因表達(dá)模式特征證據(jù)，是功能學(xué)分析的有力支撐。常規(guī)形態(tài)學(xué)分析時，采集圖像往往只能做到單視野，難以全面反映切片組織形態(tài)的整體特征，我們對長骨冰凍切片后，免疫熒光多重染色，采集圖像信號時，利用了全片掃描的技術(shù)，即將整個切片上的熒光信號全部收集，再進(jìn)行整體分析，能更加全面、客觀反映形態(tài)學(xué)特征，但是該方法獲取的圖像數(shù)據(jù)量大，對電腦硬件要求較高。
在實驗過程中遇到的另一大難題是如何清除小鼠Niche中的Sca1+前體細(xì)胞。通過多種基因敲除技術(shù)的嘗試，最終我們利用Cre-DTR系統(tǒng)，特異性的將Sca1+前體細(xì)胞清除，從而能夠反映出在沒有Sca1+前體細(xì)胞條件下，CD146+和CD166+亞群的生成和HSC數(shù)量改變。
已有大量的研究和臨床實踐證實，骨髓間充質(zhì)或者基質(zhì)細(xì)胞聯(lián)合造血干細(xì)胞移植，更有利于造血干重建，但重建后血液系統(tǒng)疾病的復(fù)發(fā)、預(yù)后仍不能達(dá)到預(yù)期，盡管多種因素與此有關(guān)，但一個重要的考慮就是混合間充質(zhì)或者基質(zhì)細(xì)胞的使用。因為不同亞群的細(xì)胞，其對造血的調(diào)控作用，可能具有巨大差異。既然我們證實Sca1+、CD146+和CD166+亞群基質(zhì)前體細(xì)胞對骨髓移植后造血重建支持存在差異，提醒我們使用間充質(zhì)或者基質(zhì)細(xì)胞聯(lián)合造血干細(xì)胞移植時，有必要進(jìn)行亞群選擇，才能減低治療風(fēng)險，符合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的要求。
目前造血微環(huán)境研究，主要集中在調(diào)控造血干細(xì)胞即HSC本身，而對于HSC向下分化到各系之后如髓系、淋巴系、巨核系、紅系等階段的研究比較少見，將來可能有更多的研究致力于回答造血各系如何受到Niche調(diào)控；由于技術(shù)手段的進(jìn)展，造血微環(huán)境的研究才可能取得目前的發(fā)展與突破，科學(xué)家們在生理狀態(tài)下將Niche的構(gòu)建機理逐漸闡明之后，必然轉(zhuǎn)到如何有效干預(yù)Niche的軌道上，為防治各類異常造血提供新策略；造血微環(huán)境理論和構(gòu)建逐漸得到公認(rèn)后，其他相關(guān)學(xué)科的微環(huán)境與研究也逐漸興起，腫瘤微環(huán)境、神經(jīng)干細(xì)胞微環(huán)境、生殖干細(xì)胞微環(huán)境、皮膚、毛發(fā)干細(xì)胞微環(huán)境、其他實體臟器干細(xì)胞微環(huán)境等，已經(jīng)引起了研究者們的廣泛關(guān)注，各種微環(huán)境生物學(xué)領(lǐng)域的高水平研究成果，正在逐年增加。
出自中國微生物菌種查詢網(wǎng)
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