Nature|造血干祖細胞的活體成像

　　造血干細胞（Hematopoietic stem cells, HSCs）是一群具有自我更新能力和分化成各類成熟血細胞潛能的成體干細胞。自上世紀六十年代，McCulloch和Till共同發現和定義造血干細胞（詳見BioArt報道：被遺忘的干細胞研究先驅丨致敬Ernest McCulloch和James Edgar Till），該領域取得了很多重要進展，并對研究其他干細胞，包括腫瘤干細胞等，均有重要指導意義（詳見BioArt報道：『珍藏版』Cell Stem Cell觀點 | 成體干細胞的簡單使命：有絲分裂，取而代之）。

　　雖然分離和體外培養造血干細胞的技術越來越成熟，我們對造血干細胞在體內的生物學特性還不太了解。追蹤活體動物HSCs的方法是向接受了輻照的動物移植HSCs，而輻照會嚴重的破壞骨髓微環境【1,2】。因此，目前對于造血干細胞的靜息和激活狀態轉換的機制，和造血干細胞位于骨髓的確切位置，以及特定的支持HSCs的骨髓環境（niches）特征，還需進一步研究。

　　2020年2月6日，來自美國波士頓兒童醫院和哈佛大學的Fernando D. Camargo和Charles P. Lin教授在Nature發表論文“Live-animal imaging of native haematopoietic stem and progenitor cells”，該研究首次建立了體內造血干祖細胞的活體成像技術，觀察它們在骨髓中的定位和生存環境。

　　Mds1基因在LT-HSCs（long-term HSCs）中特異性高表達。研究者將EGFP基因插入Mds1的轉錄起始位點，使得LT-HSCs攜帶綠色熒光標記。經流式細胞儀和單細胞測序驗證，確實，綠色熒光細胞為LT-HSCs。

　　研究者發現LT-HSCs主要位于竇狀毛細血管（sinusoidal blood vessels）和骨膜內表面。而多能祖細胞（multipotent progenitor cells，MPPs）與內膜距離相對較遠，更可能與血管過渡區相關。

　　低氧一直被認為對維持HSCS的靜息狀態至關重要【3】，但是支持該理論的證據大多是間接的【4】。研究者使用氧氣傳感器測量了LT-HSCs附近的氧氣含量。確實，LT-HSCs附近的氧氣含量較低，但是在氧氣含量最低的區域卻沒有LT-HSCs，這提示缺氧可能不是維持HSCs靜息狀態的先決條件。

　　進一步研究發現，LT-HSCs在空間上也處于相對靜止的狀態，而激活的HSCs運動能力明顯增加。并且，靜息HSCs呈單細胞存在，而激活的HSCs則成簇存在，提示HSCs的激活可能受空間限制。那么，促進HSCs增殖的空間具有什么特點呢？研究顯示，HSCs更傾向于在成骨細胞與破骨細胞比例為25-75%的環境中激活。

　　總的來說，該研究首次建立了造血干細胞體內活體成像技術，為了解HSCs本身的生物學特性及其生活的微環境搭建了良好的平臺。同時，該研究揭示了HSCs本身的行為特征和骨髓微環境異質性對HSCs發育的影響。

　　參考文獻

　　1. Lo Celso, C., Lin, C. P. & Scadden, D. T. In vivo imaging of transplanted hematopoietic stem and progenitor cells in mouse calvarium bone marrow. Nat. Protoc. 6, 1–14 (2011).

　　2. Cao, X. et al. Irradiation induces bone injury by damaging bone marrow microenvironment for stem cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 1609–1614 (2011).

　　3. Takubo, K. & Suda, T. Roles of the hypoxia response system in hematopoietic and leukemic stem cells. Int. J. Hematol. 95, 478–483 (2012).

　　4. Parmar, K., Mauch, P., Vergilio, J. A., Sackstein, R. & Down, J. D. Distribution of hematopoietic stem cells in the bone marrow according to regional hypoxia. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 5431–5436 (2007)