專(zhuān)訪胡興斌：深入探索造血微環(huán)境的奧秘

專(zhuān)訪胡興斌：深入探索造血微環(huán)境的奧秘

2016年10月25日訊 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(lèi)型的成熟血液細(xì)胞，在機(jī)體中扮演了重要的角色，造血微環(huán)境對(duì)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(lái)自City of Hope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(shí)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。

這項(xiàng)研究公布在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上，揭示了參與Niche構(gòu)建的細(xì)胞亞群之間的世代次第關(guān)系及功能，為異常造血調(diào)控干預(yù)和造血干細(xì)胞應(yīng)用指明了新方向。

文章的第一作者是第四軍醫(yī)大學(xué)附屬西京醫(yī)院的胡興斌副教授，為了更深入了解這項(xiàng)研究，生物通特聯(lián)系了胡興斌副教授，就讀者感興趣的一些問(wèn)題請(qǐng)教了他。

生物通：在造血微環(huán)境（Niche）這一概念還未面世之前，科學(xué)家們已確定了大量關(guān)于干細(xì)胞的生成及分化機(jī)制，然而近年來(lái)造血干細(xì)胞本身研究領(lǐng)域進(jìn)展不大，這其中一個(gè)關(guān)鍵性的障礙就是對(duì)于體內(nèi)造血干細(xì)胞所處的微環(huán)境知之甚少，因此您的這項(xiàng)研究顯得尤為重要，您能具體談?wù)勥@種細(xì)胞亞群之間的世代次第關(guān)系對(duì)于這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的重要意義嗎？

胡教授：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(shí)到造血微環(huán)境對(duì)造血調(diào)控的重要意義，并提出了Niche概念和學(xué)說(shuō)，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(gè)研究小組采用不同的細(xì)胞標(biāo)記，證實(shí)不同類(lèi)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(wàn)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(shí)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(shí)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(guò)程，更對(duì)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。

生物通：不少讀者都不是很了解腎臟包膜異位成骨移植這項(xiàng)技術(shù)，您能給我們介紹一下嗎？此外，這項(xiàng)研究采用了多種重要技術(shù)，分別是用在了哪些方面？

胡教授：在研究造血微環(huán)境過(guò)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(lèi)技術(shù)所需細(xì)胞數(shù)量多，效率較低，需要長(zhǎng)達(dá)8周的實(shí)驗(yàn)周期；腎臟包膜異位成骨也屬體內(nèi)研究，比體外誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)更接近體內(nèi)實(shí)際，在Niche研究中已經(jīng)使用多年。而小鼠腎臟包膜下本身無(wú)骨組織，且血供十分豐富，可大大縮短實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)技術(shù)，我們利用流式分選，獲得單個(gè)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(shí)，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(duì)長(zhǎng)骨冰凍切片后，免疫熒光多重染色，采集圖像信號(hào)時(shí)，利用了全片掃描的技術(shù)，即將整個(gè)切片上的熒光信號(hào)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(duì)電腦硬件要求較高。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)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(méi)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。

生物通：研究證實(shí)，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)境的多種構(gòu)成細(xì)胞，那么是否可以將其應(yīng)用在造血干細(xì)胞移植治療等方面呢？

胡教授：已有大量的研究和臨床實(shí)踐證實(shí)，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(gè)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?yàn)椴煌瑏喨旱募?xì)胞，其對(duì)造血的調(diào)控作用，可能具有巨大差異。既然我們證實(shí)Sca1+、CD146+和CD166+亞群基質(zhì)前體細(xì)胞對(duì)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(shí)，有必要進(jìn)行亞群選擇，才能減低治療風(fēng)險(xiǎn)，符合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的要求。

生物通：下一步您的研究組還將進(jìn)行哪些方面的研究呢？

胡教授：我們?cè)谇捌谘芯康幕A(chǔ)上，主要打算進(jìn)行以下三個(gè)方面的深入探索：

（1）Sca1+、CD146+和CD166+亞群和其他小組報(bào)道的Niche構(gòu)建細(xì)胞之間的關(guān)系

我們目前的研究，對(duì)Sca1+、CD146+和CD166+三種細(xì)胞進(jìn)行了初步的界定，對(duì)nestin+、LeptinR+、CAR 等Niche構(gòu)建細(xì)胞進(jìn)行了初步的形態(tài)、基因比較，但是對(duì)于這些細(xì)胞之間的功能差異還未做出詳細(xì)比對(duì)。把我們的研究，和其他小組證實(shí)的Niche構(gòu)建細(xì)胞之間進(jìn)行全面細(xì)致的比較，有助于更加準(zhǔn)確的解析Niche構(gòu)建機(jī)理，利于精準(zhǔn)干預(yù)造血微環(huán)境。

（2）除調(diào)控造血外，Sca1+、CD146+和CD166+亞群的其他功能

我們研究的這些細(xì)胞，除了造血調(diào)控以外，能否直接參與免疫應(yīng)答，是十分值得關(guān)注的研究熱點(diǎn)。因?yàn)楹侠響?yīng)用這些細(xì)胞，不得不充分考慮它們可能帶來(lái)的免疫效應(yīng)。事實(shí)上很多小組已經(jīng)報(bào)道間充質(zhì)或基質(zhì)干細(xì)胞具有很強(qiáng)的免疫調(diào)控作用，但是各個(gè)亞群細(xì)胞如何參與免疫應(yīng)答，還有待研究。

（3）人體中發(fā)揮Niche功能亞群的研究

小鼠雖然是很好的模式生物，但是和人體仍然存在到一定差異，比如細(xì)胞標(biāo)記、數(shù)量等。目前關(guān)于Niche的大多數(shù)權(quán)威研究成果，數(shù)據(jù)多來(lái)自于小鼠或者其他模式動(dòng)物，真正人類(lèi)Niche的組成、構(gòu)建等，還不清楚。我們所研究的Sca1+、CD146+和CD166+三種具有重要功能的細(xì)胞，在人類(lèi)Niche中有相同標(biāo)記的類(lèi)似細(xì)胞？它們的功能是否完全相同？我們希望將來(lái)的探索，能夠回答這些問(wèn)題。

生物通：造血微環(huán)境研究逐漸成為了熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，您認(rèn)為這一研究領(lǐng)域未來(lái)將會(huì)向哪些方面發(fā)展？

胡教授：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(duì)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(jiàn)，將來(lái)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?cè)谏頎顟B(tài)下將Niche的構(gòu)建機(jī)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(lèi)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(shí)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。

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