在人类和其他哺乳动物中，产生所有血细胞的造血干细胞位于骨髓中。但是在鱼类中，造血干细胞存在于肾脏中。20世纪70年代末，生物学家首次意识到血液是在身体的特定部位产生的——造血干细胞的小生境。从那以后，他们一直想知道为什么不同的生物在不同的部位执行这一功能。
图片来自F. Kapp等人/Nature 2018。40年后，来自哈佛大学干细胞和再生生物学系、波士顿儿童医院干细胞项目和哈佛干细胞研究所的研究人员在一项新的研究中发现了一条有价值的线索：造血干细胞的这一小生境已经进化到可以保护造血干细胞免受阳光中有害的紫外线(UV)的伤害。这种对造血干细胞小生境的新认识将有助于人们增强造血干细胞移植的安全性。相关研究成果于2018年6月13日在线发表在Nature journal上，题目为“保护免受紫外线照射是造血生态位的进化保守特征”。
肾脏之上的遮阳伞
这项研究的灵感来自对斑马鱼的意外观察，斑马鱼是许多实验室使用的动物模型。
论文的第一作者，哈佛大学干细胞与再生生物学系的研究人员Friedrich Kapp博士(现就职于德国弗赖堡大学医学中心儿科)说，“我正试图在显微镜下观察造血干细胞，但肾脏上方的一层黑色素细胞阻挡了我的观察。”黑色素细胞是产生黑色素的细胞，黑色素是决定人类皮肤颜色的色素。
卡普说，“位于肾脏上方的黑色素细胞的形状让我想起了阳伞，所以我想知道它们是否能保护造血干细胞免受紫外线的伤害。”
因此，Kapp将正常斑马鱼和缺乏黑色素细胞的突变斑马鱼暴露在紫外线下。果然，在斑马鱼突变体中，造血干细胞数量减少。此外，当正常的斑马鱼被倒置并暴露在紫外线下时，它们也会失去造血干细胞。这证明了这种黑色素细胞伞保护肾脏免受其上方紫外线的伤害。
从水中到陆地
在确认黑素细胞保护造血干细胞免受紫外线照射后，这些研究人员搜索了进化的“生命树”以寻找相似之处。他们发现，黑色素细胞已经包围造血干细胞的小生境很长时间了——甚至在大约5亿年前从脊椎动物家谱中分化出来的鱼类中也是如此。
通过研究陆地动物的近期进化，这些研究人员将注意力集中在一种箭毒蛙上。当箭毒蛙的蝌蚪长出腿时，造血干细胞从黑色素细胞覆盖的肾脏转移到骨髓中。他们注意到，在所有发育阶段，箭毒蛙的造血干细胞小生境都受到保护，免受紫外线的伤害。
理解造血干细胞壁龛
论文作者、哈佛大学干细胞和再生生物学教授伦纳德zon博士说，“现在我们有证据表明，阳光是造血干细胞小生境的进化驱动力。”
Zon将通过确定调节黑素细胞和造血干细胞之间相互作用的生物信号通路，继续研究造血干细胞的生态位。
更好地了解造血干细胞的生态位对于造血干细胞移植非常重要，因为为移植的造血干细胞在体内找到新的安全家园至关重要。
Zon说，“作为一名血液学家和肿瘤学家，我治疗血液疾病和癌症患者。一旦我们对造血干细胞生态位有了更好的了解，我们就可以让造血干细胞移植更加安全。”
原标题：自然：为什么我们的造血干细胞存在于骨髓中？防紫外线是关键！
参考资料：Friedrich G. Kapp, Julie R. Perlin, Elliott J. Hagedorn et al. Protection from UV light is an evolutionarily conserved feature of the haematopoietic niche. Nature, Published online: 13 June 2018, doi:doi:10.1038/s41586-018-0213-0
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