Nature | 中國科學技術大學吳清清等合作揭示造血幹細胞的生存環境與局部可塑性

引言

骨髓調節血細胞的產生，以滿足生理需求，以應對損傷。正常和應激反應的空間組織是未知的，因為缺乏方法來可視化大多數步驟的血液生產。

2024年3月20日，辛辛那提兒童醫院醫學中心Daniel Lucas及中國科學技術大學吳清清共同通訊（吳清清和張濟舟為本文共同第一作者）在Nature 在線發表題為「Resilient anatomy and local plasticity of naive and stress haematopoiesis」的研究論文，該研究發展了對小鼠多能造血、紅細胞生成和淋巴生成成像的策略。該研究將這些與骨髓生成成像相結合來定義正常和應激造血的解剖學。在穩定狀態下，在整個骨骼中，單個幹細胞和多能祖細胞分布在巨核細胞附近富集的骨髓中。具有譜系承諾的祖細胞被招募到血管中，在那裡它們有助於形成由祖細胞和未成熟細胞組成的譜系特異性微觀解剖結構，這些結構是每個主要血液譜系的生產位點。

這種整體解剖結構在出血、全身性細菌感染和粒細胞集落刺激因子(G-CSF)治療後以及衰老過程中都能保持，因此對損傷具有彈性。「生產基地」使造血可塑性，因為它們有區別地和選擇性地調節它們數量和輸出，以應對刺激。該研究發現整個骨骼的應激反應是不同的：脛骨和胸骨對G-CSF的反應相反，顱骨在出血後不增加紅細胞生成。總之，該研究實現了對造血的原位分析，定義了正常和應激反應的解剖結構，確定了賦予造血可塑性的離散微解剖生產位點，並揭示了整個骨骼中前所未有的應激反應異質性。

組織中細胞的空間結構——解剖結構——決定了它們的行為並深刻地影響著它們的功能。造血幹細胞和祖細胞在骨髓中逐步分化，產生造血細胞。骨髓具有非凡的可塑性，能迅速調整血液產量以滿足生理需求。儘管最近取得了進展，正常和應激造血的解剖組織仍然很大程度上是未知的。這是因為目前的方法不允許同時對大多數類型的造血祖細胞及其子細胞進行成像，從而阻礙了對造血的原位分析。克服這一障礙對於確定親本和子細胞關係以及細胞分化過程中行為的變化，以及識別正常和應激造血的細胞和結構是必不可少的。

不同類型的造血幹細胞和祖細胞(HSPCs)已經使用針對特定細胞表面標記物的抗體的複雜組合來定義。大多數用於熒光活化細胞分選(FACS)分離HSPC亞群的抗體組合不適合共聚焦成像分析。一個無偏見的分析管道可能會揭示新的表面標記組合，以可視化原位造血。研究人員使用三種已建立的細胞分析策略，分析了247種細胞表面標記物，包括表型確定的幹細胞、多能祖細胞和譜系確定的髓系祖細胞和紅系祖細胞。

為了對HSPC成像有用，標記必須：(1)在足夠的水平上表達以進行檢測(實驗確定為背景上的絕對熒光值為10³)；(2)能夠區分至少兩種類型的HSPCs。因此，研究人員選擇了至少在一種HSPC類型中均勻表達而在一種或多種HSPC類型中缺失的標記：35個指標符合這些標準。

逐步成像造血的策略（Credit: Nature）

在穩定狀態下，在整個骨骼中，單個幹細胞和多能祖細胞分布在巨核細胞附近富集的骨髓中。具有譜系承諾的祖細胞被招募到血管中，在那裡它們有助於形成由祖細胞和未成熟細胞組成的譜系特異性微觀解剖結構，這些結構是每個主要血液譜系的生產位點。

這種整體解剖結構在出血、全身性細菌感染和粒細胞集落刺激因子(G-CSF)治療後以及衰老過程中都能保持，因此對損傷具有彈性。「生產基地」使造血可塑性，因為它們有區別地和選擇性地調節它們數量和輸出，以應對刺激。該研究發現整個骨骼的應激反應是不同的：脛骨和胸骨對G-CSF的反應相反，顱骨在出血後不增加紅細胞生成。該研究實現了對造血的原位分析，定義了正常和應激反應的解剖結構，確定了賦予造血可塑性的離散微解剖生產位點，並揭示了整個骨骼中前所未有的應激反應異質性。

原文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07186-6

責編|探索君

排版|探索君

文章來源|「iNature」

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