科学家发现造血干细胞"归巢"秘密：有望破解肿瘤转移

　　中国科学家率先揭开造血干细胞“回家”的秘密，首次发现其领路人。干细胞“回家”又被称为“归巢”，对维持或重塑其细胞命运至关重要。

　　11月20日上午，澎湃新闻（www.thepaper.cn）从中国科学院上海营养与健康研究院获悉，该院潘巍峻研究员带领其研究团队，在国际上首次高清晰解析了体内造血干细胞归巢的完整动态过程，该研究成果于北京时间2018年11月20日凌晨在国际知名学术期刊Nature（《自然》）在线发表。

　　这是由中国科学家独立完成的原创性科学发现，研究过程中突破了现有理论及研究体系，为提高造血干细胞移植效率的转化研究提出了新理论，开创了新思路。

　　中科院分子细胞卓越创新中心/生物化学与细胞生物学研究所研究员景乃禾点评称，这一研究成果在临床上的应用前景巨大，比如对癌症的研究和治疗。众所周知，肿瘤的原发癌对患者没那么危险，通过手术等摘除即可，但肿瘤细胞转移后形成的次生癌很可怕。那么，肿瘤细胞是怎么迁移的？这跟造血干细胞的归巢很相像。该研究成果有望对肿瘤细胞的转移带来新的启示，这是该研究成果的重大意义之一。

　　景乃禾还说，此外，该研究成果对血液病，如白血病的治疗带来新的希望。白血病原来被叫做血癌，常见的治疗方案是因为骨髓移植，用“好”的骨髓（造血干细胞）替换“坏掉”的骨髓。但移植后这些造血干细胞能不能归巢，能不能在患者体内增殖、发挥作用，人们以前不知道，只能碰运气、多移植一些骨髓。但有了这一成果，有望实现精准移植，精准调控，因此可能大大提高骨髓等干细胞移植的效率、成功率，移植中被浪费的干细胞也更少，也有望大大改善其治疗效果。

　　景乃禾表示，这是一个基础研究的突破，未来会在维护人类健康上发挥重要作用。


造血干细胞归巢停留“热点区域”的三维重构模型（红色代表造血干细胞，蓝色代表动脉，绿色代表静脉。）

　　人体所有类型的血液细胞来自造血干细胞。“归巢”通常指循环系统中的特定细胞类群，如造血干细胞，定向迁移至生物体组织或器官微环境，维持或重塑其细胞命运的生命过程。

　　基于其造血干细胞归巢能力的造血干细胞移植已在临床被广泛应用于血液、免疫和肿瘤等重大疾病的治疗。但归巢在体内生理情况下究竟如何发生，归巢的微环境究竟是何种结构，微环境细胞又是如何帮助造血干细胞归巢的等一系列关键科学原理依然知之甚少，严重制约了临床造血干细胞移植等相关技术的发展。


“先导细胞”引导造血干细胞进入血管微环境的原理图（紫色细胞为“先导细胞”，VC指示静脉微血管，绿色代表血管）

　　为攻克这一科技难题，潘巍峻研究员带领其团队历时6年，首创了一套全新研究体系，在国际上率先采用可变色荧光蛋白建立了造血干细胞标记系统，在高分辨率共聚焦荧光显微镜下，可以长时程活体观察、追踪，从宏观到微观，生动地呈现了造血干细胞从诞生到归巢的全过程。

　　研究人员经过对大规模长时程活体成像的统计分析，发现了造血干细胞归巢的时空规律及“热点区域”，并结合精细成像和三维重构技术，首次揭示了体内造血干细胞归巢微环境的独特微血管结构。

　　在研究过程中，他们还意外地发现了一种全新的微环境细胞，并将其命名为“先导细胞”。这类细胞是一种之前未被定义过的巨噬细胞新亚型，存在于归巢“热点区域”附近，它们可以识别进入造血组织的造血干细胞并将其引入特定的血管结构中，从而实现造血干细胞的归巢。

　　该工作不仅回答了“体内的造血干细胞归巢如何发生”这一世界造血干细胞研究领域的重大科学问题，而且发现了对于造血干细胞归巢起关键引导作用的“先导细胞”。该研究也开启了国际上造血干细胞领域的在体长时程、高分辨研究新时代。


潘巍峻研究员及其核心研究团队（后排从左向右为此项研究成果的共同第一作者李美、李丹彤、薛文志）

　　上述研究成果由潘巍峻研究员带领李丹彤、薛文志和李美等研究生，与中国科学院生物化学与细胞生物学研究所李林、陈剑峰、周波研究员，中国科技大学姚雪彪教授，耶鲁大学医学院吴殿青教授等协同攻关下共同完成，并得到了西南大学罗凌飞教授和香港科技大学温子龙教授的帮助。

　　此项成果得到了中国科学院“细胞命运可塑性的分子基础与调控”战略先导计划和装备研制计划、科技部国家重点研发计划专项、国家自然科学基金面上项目、上海市科委基础重点项目等的支持。

　　澎湃新闻获悉，对于该研究成果的转化与应用，潘巍峻研究员研究团队2017年4月提交了国内专利申请，2018年9月申请专利了国际PCT专利。

　　与该研究相关的用于药物筛选的“微小模式生物高速分选及三维活体成像系统”2018年12月有望交付使用。