深入探索造血微環(huán)境的奧秘
中國微生物菌種查詢網 來源：生物通 / 2016-10-25 07:11:07
造血干細胞是一群具有自我更新及分化能力的多能干細胞，可以分化為所有類型的成熟血液細胞，在機體中扮演了重要的角色，造血微環(huán)境對于造血干細胞行使功能具有關鍵的調控作用，但直到最近幾年，造血微環(huán)境的細胞和分子基礎才逐漸明晰。
近期來自CityofHope醫(yī)學中心和第四軍醫(yī)大學的聯合研究小組，采用腎臟包膜異位成骨移植、單細胞定量PCR技術、基因敲除小鼠和特異性細胞清除等方法，證實骨相關的Sca1+基質前體細胞可發(fā)育成為造血微環(huán)境的構成細胞，從而調控造血干細胞自我更新和分化。
造血干細胞是研究最早、最多、最深入的干細胞，40多年前人們已經認識到造血微環(huán)境對造血調控的重要意義，并提出了Niche概念和學說，直到最近幾年，Niche構建組成的細胞和分子基礎才逐漸明晰。
目前多個研究小組采用不同的細胞標記，證實不同類型的細胞亞群，如成骨細胞、內皮細胞、脂肪細胞、施萬細胞和血管周的基質細胞，以及nestin+間充質細胞、LeptinR+細胞、CAR細胞、Mx1+基質細胞等，參與Niche構建。但是此前一直不清楚這些細胞亞群之間的發(fā)育、重疊關系，這些構建細胞在維持和調控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的Sca1+、CD146+和CD166+亞群參與Niche的構建，并且Sca1+細胞可分化為CD146+、CD166+細胞，為全面解析Niche的組成和構建進程奠定了重要基礎。
闡明Niche構建細胞之間的世代次第關系，不但有助于闡明Niche的組成及構建過程，更對合理應用造血干細胞和干預造血微環(huán)境具有重要意義。由于直接干預造血干細胞的手段、進展比較有限，因此科學家們將大量精力投入到了研究干涉Niche的可能性上面。回答了Niche構建細胞之間的進程和關系，就有可能十分精準的干預造血微環(huán)境，使異常造血的治療或預防走上精準之路。
在研究造血微環(huán)境過程中，如何有效模擬體內環(huán)境是一大技術難題。雖然皮下注射成骨方式也被廣泛使用，但這類技術所需細胞數量多，效率較低，需要長達8周的實驗周期；腎臟包膜異位成骨也屬體內研究，比體外誘導實驗更接近體內實際，在Niche研究中已經使用多年。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；該技術需要進行外科手術操作，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胞定量PCR技術和免疫熒光染色全片掃描技術。干細胞數量少，直接進行常規(guī)的基因、蛋白分析十分困難，而單細胞技術是近年研究的熱點技術，我們利用流式分選，獲得單個細胞，結合高通量的單細胞qRT-PCR技術，分析了Sca1+、CD146+和CD166+亞群的基因表達水平，從而為揭示三種細胞的次第關系提供了基因表達模式特征證據，是功能學分析的有力支撐。常規(guī)形態(tài)學分析時，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，即將整個切片上的熒光信號全部收集，再進行整體分析，能更加全面、客觀反映形態(tài)學特征，但是該方法獲取的圖像數據量大，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+前體細胞。通過多種基因敲除技術的嘗試，最終我們利用Cre-DTR系統(tǒng)，特異性的將Sca1+前體細胞清除，從而能夠反映出在沒有Sca1+前體細胞條件下，CD146+和CD166+亞群的生成和HSC數量改變。
已有大量的研究和臨床實踐證實，骨髓間充質或者基質細胞聯合造血干細胞移植，更有利于造血干重建，但重建后血液系統(tǒng)疾病的復發(fā)、預后仍不能達到預期，盡管多種因素與此有關，但一個重要的考慮就是混合間充質或者基質細胞的使用。因為不同亞群的細胞，其對造血的調控作用，可能具有巨大差異。既然我們證實Sca1+、CD146+和CD166+亞群基質前體細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或者基質細胞聯合造血干細胞移植時，有必要進行亞群選擇，才能減低治療風險，符合精準醫(yī)學的要求。
目前造血微環(huán)境研究，主要集中在調控造血干細胞即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調控；由于技術手段的進展，造血微環(huán)境的研究才可能取得目前的發(fā)展與突破，科學家們在生理狀態(tài)下將Niche的構建機理逐漸闡明之后，必然轉到如何有效干預Niche的軌道上，為防治各類異常造血提供新策略；造血微環(huán)境理論和構建逐漸得到公認后，其他相關學科的微環(huán)境與研究也逐漸興起，腫瘤微環(huán)境、神經干細胞微環(huán)境、生殖干細胞微環(huán)境、皮膚、毛發(fā)干細胞微環(huán)境、其他實體臟器干細胞微環(huán)境等，已經引起了研究者們的廣泛關注，各種微環(huán)境生物學領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
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