中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究院潘巍峻研究員帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次高清晰解析了體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢的完整動(dòng)態(tài)過(guò)程，該研究成果于北京時(shí)間2018年11月20日凌晨在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Nature（《自然》）在線發(fā)表。
造血干細(xì)胞可以通過(guò)增殖分化產(chǎn)生紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等人體內(nèi)所有類(lèi)型的血液細(xì)胞，而造血干細(xì)胞能夠自我更新和向下游分化從而建立整個(gè)血液系統(tǒng)的關(guān)鍵前提是其向造血組織的“歸巢”。“歸巢”通常指循環(huán)系統(tǒng)中的特定細(xì)胞類(lèi)群定向遷移至生物體組織或器官微環(huán)境，維持或重塑其細(xì)胞命運(yùn)的生命過(guò)程。
造血干細(xì)胞歸巢的概念由來(lái)已久，基于其歸巢能力的造血干細(xì)胞移植已在臨床被廣泛應(yīng)用于血液、免疫和腫瘤等重大疾病的治療。但由于該生命過(guò)程的時(shí)空跨度非常大，觀察手段十分有限。雖然科研人員在過(guò)去幾十年的研究過(guò)程中，對(duì)歸巢的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)進(jìn)行了一定的解析，但歸巢在體內(nèi)生理情況下究竟如何發(fā)生，歸巢的微環(huán)境究竟是何種結(jié)構(gòu)，微環(huán)境細(xì)胞又是如何幫助造血干細(xì)胞歸巢的等一系列關(guān)鍵科學(xué)原理依然知之甚少，嚴(yán)重制約了臨床造血干細(xì)胞移植等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
為攻克這一科技難題，潘巍峻研究員帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)歷時(shí)6年，在優(yōu)化活體成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合活體免疫熒光標(biāo)記、遺傳調(diào)控和圖形重構(gòu)計(jì)算等方法，首創(chuàng)了一套全新的可以完整解析體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢全過(guò)程的研究體系。研究人員在國(guó)際上率先采用可變色熒光蛋白建立了造血干細(xì)胞標(biāo)記系統(tǒng)，在高分辨率共聚焦熒光顯微鏡下，建立了造血干細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程活體觀察追蹤方案，從宏觀到微觀，生動(dòng)地呈現(xiàn)了造血干細(xì)胞從誕生到歸巢的全過(guò)程。經(jīng)過(guò)對(duì)大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)程活體成像的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)了造血干細(xì)胞歸巢的時(shí)空規(guī)律及“熱點(diǎn)區(qū)域”，并結(jié)合精細(xì)成像和三維重構(gòu)技術(shù)，首次揭示了體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢微環(huán)境的獨(dú)特微血管結(jié)構(gòu)。
在研究過(guò)程中，他們還意外地發(fā)現(xiàn)了一種全新的微環(huán)境細(xì)胞，并將其命名為“先導(dǎo)細(xì)胞”。這類(lèi)細(xì)胞是一種之前未被定義過(guò)的巨噬細(xì)胞新亞型，存在于歸巢“熱點(diǎn)區(qū)域”附近，它們可以識(shí)別進(jìn)入造血組織的造血干細(xì)胞并將其引入特定的血管結(jié)構(gòu)中，從而實(shí)現(xiàn)造血干細(xì)胞的歸巢。
這是由中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成的原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn)，研究過(guò)程中突破了現(xiàn)有理論及研究體系，以獨(dú)特的視角呈現(xiàn)了造血干細(xì)胞在生物體內(nèi)歸巢的全過(guò)程。開(kāi)啟了國(guó)際上造血干細(xì)胞領(lǐng)域的在體長(zhǎng)時(shí)程、高分辨研究新時(shí)代。該工作不僅回答了“體內(nèi)的造血干細(xì)胞歸巢如何發(fā)生”這一世界造血干細(xì)胞研究領(lǐng)域的重大科學(xué)問(wèn)題，而且發(fā)現(xiàn)了對(duì)于造血干細(xì)胞歸巢起關(guān)鍵引導(dǎo)作用的“先導(dǎo)細(xì)胞”，為提高造血干細(xì)胞移植效率的轉(zhuǎn)化研究提出了新理論，開(kāi)創(chuàng)了新思路。
上述研究成果由潘巍峻研究員帶領(lǐng)李丹彤、薛文志和李美等研究生，與中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李林、陳劍峰、周波研究員，中國(guó)科技大學(xué)姚雪彪教授，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院吳殿青教授等協(xié)同攻關(guān)下共同完成，并得到了西南大學(xué)羅凌飛教授和香港科技大學(xué)溫子龍教授的幫助。
此項(xiàng)成果得到了中國(guó)科學(xué)院“細(xì)胞命運(yùn)可塑性的分子基礎(chǔ)與調(diào)控”戰(zhàn)略先導(dǎo)計(jì)劃和裝備研制計(jì)劃、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、上海市科委基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目等的支持。
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