在胚胎形成過(guò)程中，干細胞的數量確保體內細胞譜系的平衡，這對于機體的正常發(fā)育非常關(guān)鍵。這些干細胞既然對于正常組織功能這么重要，那么一定需要一些質(zhì)量保證機制確保干細胞的質(zhì)量。但目前位置，造血干細胞和祖細胞的質(zhì)量控制體系還尚不可知。

近日，美國哈佛大學(xué)Leonard I. Zon研究組在Science發(fā)文題為：Quality assurance of hematopoietic stem cells by macrophages determines stem cell clonality，發(fā)現造血干細胞通過(guò)與巨噬細胞相互作用，確保造血干細胞質(zhì)量從而調節成年時(shí)期造血干細胞克隆的數量。

為了研究干細胞質(zhì)量控制的具體機制，作者們將目光集中在了斑馬魚(yú)胚胎的血液發(fā)育。斑馬魚(yú)造血干細胞和祖細胞（Hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）從背主動(dòng)脈腹壁出現進(jìn)入血液循環(huán)，并停留在尾側造血組織的血管叢（Caudal hematopoietic tissue，CHT）。造血干細胞和祖細胞在CHT中迅速擴張，然后遷移到腎骨髓中。在成體造血細胞龕中，造血干細胞和祖細胞與多種類(lèi)型的細胞存在相互作用，其中包括血管內皮細胞、間充質(zhì)細胞以及巨噬細胞。背主動(dòng)脈腹壁產(chǎn)生的20-30個(gè)造血干細胞克隆最終形成成體血液系統【3】。但是來(lái)自背主動(dòng)脈腹壁的新生造血干細胞在建立起成體造血系統之前是否經(jīng)過(guò)質(zhì)量保證還不得而知。

通過(guò)活體高分辨率成像，作者們發(fā)現其中有30%造血干細胞和祖細胞會(huì )與巨噬細胞存在相互作用（圖1）。作者們發(fā)現巨噬細胞與紅細胞、內皮細胞這種相互接觸的比例相當低，分別是0.6-3.9%以及0.5-6.7%。另外，作者們發(fā)現巨噬細胞與造血干細胞和祖細胞的接觸時(shí)間長(cháng)達45分鐘。因此，這種相互作用是巨噬細胞與造血干細胞和祖細胞*的。

圖1 綠色標記的造血干細胞和祖細胞與品紅標記的巨噬細胞之間相互作用

通過(guò)接觸形態(tài)的不同，作者們將造血干細胞和祖細胞的相互作用分為三種類(lèi)型：其一，細胞之間長(cháng)時(shí)間接觸；其二，接觸過(guò)程中造血干細胞和祖細胞保持完整，但是有一小部分細胞物質(zhì)被巨噬細胞吸收；其三，造血干細胞和祖細胞被巨噬細胞*吞噬并破壞。通過(guò)FUCCI標記不同細胞周期，作者們發(fā)現處于分裂期超過(guò)65%的造血干細胞和祖細胞會(huì )于巨噬細胞存在接觸。這些結果說(shuō)明，造血干細胞和祖細胞大規模擴增之前，與巨噬細胞的接觸可能在幫助其進(jìn)行質(zhì)量控制。

為了更好地理解巨噬細胞與造血干細胞和祖細胞相互作用的具體機制，作者們對細胞龕巨噬細胞進(jìn)行了轉錄組分析。通過(guò)單細胞RNA-seq，作者們發(fā)現這些與造血干細胞和祖細胞相互接觸的巨噬細胞中吞噬、溶酶體降解以及膽固醇轉運等相關(guān)的基因高度富集。進(jìn)一步地，作者們通過(guò)少量細胞蛋白質(zhì)分析的方法對接觸的巨噬細胞蛋白質(zhì)進(jìn)行了分析。作者們在造血干細胞和祖細胞與巨噬細胞接觸過(guò)程中發(fā)現有203個(gè)多肽高度富集，其中包括三個(gè)鈣網(wǎng)蛋白（圖2）。先前的研究曾經(jīng)表明，鈣網(wǎng)蛋白會(huì )向巨噬細胞發(fā)出“吃我"的信號【4】。通過(guò)抗體免疫染色，作者們發(fā)現鈣網(wǎng)蛋白會(huì )在造血干細胞和祖細胞表面形成點(diǎn)狀信號，并且會(huì )促進(jìn)與巨噬細胞的相互作用（圖2）。

那么鈣網(wǎng)蛋白是如何參與造血干細胞和祖細胞以及巨噬細胞之間的相互作用的呢？為此，作者們使用morpholino敲低鈣網(wǎng)蛋白，發(fā)現敲低的鈣網(wǎng)蛋白會(huì )顯著(zhù)降低造血干細胞和祖細胞與巨噬細胞相互作用的比例。進(jìn)一步地，通過(guò)分析鈣網(wǎng)蛋白在造血干細胞和祖細胞發(fā)育中的作用，作者們發(fā)現在CHT早期發(fā)育的增殖擴增過(guò)程中，鈣網(wǎng)蛋白依賴(lài)的巨噬細胞與造血干細胞和祖細胞相互作用對于造血系統中干細胞的擴增和維持非常重要，并且此過(guò)程與ERK/MAPK信號通路相關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，作者們的工作發(fā)現巨噬細胞與造血干細胞和祖細胞之間的相互作用是造血系統的重要質(zhì)量控制過(guò)程，這一質(zhì)量控制過(guò)程依賴(lài)于造血干細胞和祖細胞表面的鈣網(wǎng)蛋白信號，對于成體時(shí)期血液中造血干細胞數量的維持和擴增非常關(guān)鍵。

參考文獻：

1. K. Kissa, P. Herbomel, Nature464, 112–115 (2010)

2. J. Y. Bertrand et al., Nature464, 108–111 (2010)

3. J. Henninger et al., Nat. Cell Biol.19, 17–27 (2017)

4. M. Feng et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.112, 2145–2150 (2015).

在該Scienc研究論文，作者使用了LIPOSOMA的ClodronateLiposomes清除巨噬細胞。清除巨噬細胞，是研究巨噬細胞功能的一種常見(jiàn)手段。相關(guān)研究頻頻見(jiàn)于CNS期刊。靶點(diǎn)科技專(zhuān)業(yè)的技術(shù)團隊，常備巨噬細胞清除劑ClodronateLiposomes氯磷酸二鈉脂質(zhì)體。貨號：CP-005-005，規格是5ml+5ml。訂購前免費咨詢(xún)我們技術(shù)支持。