对血细胞形成的骨骼范围研究产生了令人惊讶的发现
想象一下，能够对小鼠微小骨骼内形成的不同类型的血细胞进行计数，并精确定位骨髓内负责产生特定类型血细胞的细胞串和细胞簇。
这正是由辛辛那提儿童医院专家领导的科学家团队在2024 年 3 月 20 日发表在著名杂志《自然》上的一项影响深远的研究中所取得的成果。他们的工作增加了对骨髓“优雅”和“有弹性”解剖结构的前所未有的新认识，同时也提供了骨骼如何应对感染或失血等压力的意外变化的证据。
“令人惊讶的是，我们发现整个骨骼对造血损伤的反应各不相同。我们推测某些骨骼已经专门针对某些侮辱做出反应，这将是未来研究的重点，”共同作者说道。
该研究由辛辛那提儿童医院实验血液学和癌症生物学部门的共同第一作者吴庆庆博士、张继洲博士和通讯作者丹尼尔·卢卡斯博士领导。总体而言，来自 5 个机构的 23 名研究人员为这项开创性的研究做出了贡献。
骨髓内特定血细胞产生位点的发现为诊断和治疗许多血液相关疾病带来了新的挑战和机遇。
“例如，我们的数据显示，仅从一种类型的骨骼中抽取骨髓的活检可能无法全面了解血液生产系统如何受到疾病或其他损伤的影响，”卢卡斯说。 “与此同时，通过关注特定的骨类型，刺激某些血细胞类型产生的努力可能会得到显着改善。”
研究结果的要点
论文中报告的主要发现包括：
新工具可以可视化骨骼内部的血液生成，从而定义血细胞形成的基本解剖结构。这些表明骨髓功能具有高度反应性和持久性，但并不均匀。该论文描述了细胞串和细胞簇如何在骨髓内形成作为血细胞生产工厂。
即使在正常的血细胞生成过程中，位置也很重要。研究小组证明，不同关键类型的祖细胞在成熟时会穿过不同的微环境。这些微环境显着影响成熟血细胞的产生类型。不同的微环境会产生携氧红细胞和抗感染白细胞等。
应激反应出现意外变化。研究人员比较了系统对三种急性应激的反应：失血、单核细胞增生李斯特菌感染和粒细胞集落刺激因子(G-CSF)治疗(通常用于在化疗后促进白细胞生成)。他们还测量了衰老如何改变这个过程。
研究小组仔细测量了不同的骨骼对这些侮辱的反应。其中有几个例子：失血引发了胸骨、胫骨、椎骨和肱骨中红细胞的快速生成，但头骨中却没有。失血还暂时减少了整个骨骼中 B 细胞产生部位的数量。
同时，当暴露于G-CSF时，长骨迅速增加粒细胞祖细胞和成熟中性粒细胞的形成。但与此形成鲜明对比的是，同一只小鼠的胸骨中这些细胞类型显示出“显着减少”，并且中性粒细胞产生位点丧失。
“这些变化很重要，因为到目前为止，小鼠血细胞生物学研究几乎完全依赖于从股骨和胫骨收集的材料，”卢卡斯说。
进行研究就需要创新
研究小组首先需要开展一个项目内的研究项目，以建立一种对小鼠骨髓内不同细胞类型进行成像和计数的方法。
细胞计数涉及一个称为共焦成像显微镜的过程。它使用依靠激光的专用显微镜来检测细胞中的特定标签。当正确“标记”时，细胞在激光下发出不同的颜色，从而可以对它们进行成像和计数。
挑战在于找到正确的标签，以便激光准确地检测到感兴趣的目标细胞，同时不计算其他细胞。在这项研究中，研究小组从一个庞大的潜在标记库开始，然后将列表缩减至 35 个有希望的遗传标记。
最终，他们发现检测表达基因标记 ESAM 的细胞与其他标记相结合，可以区分六种不同类型的血液祖细胞。该标记物还被证明能够显示有关微环境的信息，例如血细胞的产生是否发生在血窦或小动脉内，这是骨髓中发现的两种不同类型的血液通道。重要的是，为这项研究开发的过程使团队能够分析骨骼多个部分的血细胞发育。
下一步
卢卡斯表示，展望未来，需要更多的研究来全面详细说明骨骼的不同部分如何成为特定血液成分的专门生产者。此外，还需要更多的研究来确认在小鼠中观察到的骨髓应激反应有多少也发生在人类身上。
它可能需要数年的开发时间，但更多地了解血细胞生成的机制可能会在支持健康血细胞生成的治疗精度和有效性方面进行广泛的改进。
卢卡斯说：“它甚至可能允许制造能够产生用于输血的红细胞的人造骨骼。”
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