研究揭示巨核细胞/血小板功能多样性的产生机制
研究揭示巨核细胞/血小板功能多样性的产生机制
巨核细胞（MK）是骨髓中的一种特殊细胞，主要负责产生血小板。近年来，越来越多的研究表明，巨核细胞除了产生血小板外，还具有多种其他功能，如参与免疫反应、调节造血干细胞微环境等。那么，这些不同功能的巨核细胞是如何产生的？它们之间是否存在差异？最近，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周波课题组联合其他两个课题组，在《Immunity》期刊上发表了一篇重要研究论文，首次揭示了巨核细胞功能多样性的产生机制。
研究背景
造血干细胞（HSC）是血液系统中最重要的干细胞，可以分化成各种血细胞。近年来，越来越多的研究表明，HSCs（或MPPs）可以直接分化为巨核系祖细胞MkPs，而无需经历经典造血等级中一系列的限制性祖细胞（restricted progenitors, RPs）阶段。那么为什么HSC或MPPs在可以直接分化为巨核谱系的情况下还没有舍弃经过一系列RPs的逐步分化路径呢？受技术限制，一直以来人们很难对两种分化路径进行比较，不同分化路径产生MkPs和MKs的分化动力学也仍不清楚。
研究方法
研究人员首先开发了可以区分直接（direct）和逐步（stepwise）造血分化路径的谱系示踪系统，CD48-Dre实现了对逐步分化路径上的RPs的高效且特异性的标记，同时，研究组构建了Rosa26loxp-STOP-loxp-rox-loxp-ZsGreen-STOP-rox-tdTomato(R26ZT1)报告小鼠，利用此小鼠将广泛表达的Ubc-creER与CD48-Dre正交重组，实现了对CD48-Dre+细胞的诱导性示踪，绘制了不同谱系各个层级造血细胞的更替曲线，结果提示逐步分化路径上的全部祖细胞都在示踪开始后快速且完全地被更替。利用仅在造血干祖细胞，不在成熟血细胞中表达的Kit-creER与CD48-Dre正交重组，团队又绘制了不同分化路径上各种造血祖细胞产生下游成熟细胞的分化动力学曲线，并发现两种分化路径在稳态下对巨核细胞的贡献具有相当的数量和相似的动力学特征。
研究发现
研究团队通过对谱系示踪系统（CD48dre; R26rox-tdTomato）区分的两种路径来源的巨核细胞进行单细胞测序，发现滋养型巨核细胞（Niche-supporting MKs）由直接分化路径（Tomato-negative）产生，免疫型巨核细胞（Immune MKs）由逐步分化路径（Tomato-positive）产生，而两种路径共同负责血小板生成型巨核细胞（Platelet-producing MKs）的产生。于此相对应，通过不同途径产生的巨核细胞在体外和体内表现出不同的功能活性。
研究团队通过在示踪小鼠体内模拟不同的生理需求，发现两种路径对巨核细胞和血小板的贡献会在不同的压力条件下做出相应的调节。在5-FU诱导的清髓压力下，造血再生需求刺激了直接分化路径来源巨核细胞的快速优先产生；而LPS诱导的炎症反应优先刺激了逐步分化路径巨核细胞的产生；失血导致的血小板消耗会同时加快两种路径来源血小板的产生。
研究意义
该研究开发了高效且特异性区分直接和逐步造血分化路径的命运示踪系统，首次绘制了不同造血层级每个谱系分支的周转率和分化动力学图谱，填补了造血祖细胞稳态情况下动力学研究的空白，率先将分化路径与成体巨核细胞的功能异质性联系起来。同时该研究中两种路径的血小板生成受不同生理需求所调节的结论也为探索临床多种疾病情况下血小板变化的机制提供了新思路。
造血干细胞分化路径决定巨核细胞/血小板功能多样性示意图