2015年11月3日

血液干细胞的自我更新依赖于周围环境

干细胞有两个重要的功能:它们可以发育成多种类型的细胞，并同时自我更新，产生新鲜的干细胞。利用造血系统的模型，慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员现在已经能够精确地确定哪些信号通路在血液干细胞的自我更新中起着至关重要的作用。在这个过程中，一个特别决定性的作用是骨髓中与周围组织细胞的相互交流。

我们的血液是由造血产生的。干细胞(HSCs)骨髓．与骨髓组织细胞一起，这些造血干细胞形成了一个被称为生态位的微环境。只要身体健康，造血干细胞就会保持“待机”状态。但如果意外导致大量失血，或者在感染过程中防御病原体需要更多的血细胞，干细胞就会被激活。

作为回应，整个血细胞形成系统从待机状态切换到警报状态。激活的干细胞产生各种类型的新血细胞来中和血失去或对抗病原体。同时，自我更新使干细胞池得到补充。

这种转变伴随着干细胞和组织细胞之间复杂的通讯过程——这一领域此前从未有过任何深入的研究。“在我们的研究中，我们开始确定哪些组织信号对干细胞的维持和功能是重要的，哪些HSC信号影响微环境，”来自慕尼黑工业大学附属医院(Klinikum recht der Isar)的Robert Oostendorp教授解释说。由Christian Peschel教授领导的Medizinische Klinik。Oostendorp与团队成员Rouzanna博士Istvánffy和Baiba Vilne博士一起，使用组织和干细胞的混合培养来研究这两种细胞类型是如何相互作用的。

组织细胞触发干细胞更新

为了解开复杂的信号通路图，科学家们使用了他们自己的发现，分析了组织和干细胞之间相互作用的调控因子，并将它们与现有文献中描述的信号通路联系起来。然后他们将这些信息整合到一个生物信息学计算机模型中。为了实现这一目标，研究人员与Hans-Werner Mewes教授领导的团队合作，Hans-Werner Mewes教授是TUM的基因组导向生物信息学教授。最后，研究小组进行了大量的细胞实验，以确认计算机生成的信号通路模型。

“结果确实非常有趣:整个系统运行在一个反馈循环中，”Oostendorp透露。总结结果，他继续说:“在警报模式下，干细胞首先影响组织细胞的行为，组织细胞反过来影响干细胞，触发自我更新步骤。”

对白血病治疗也有重要影响

研究小组的发现描绘了一幅清晰的画面:在警报模式下，干细胞释放信号物质，进而诱导组织细胞释放结缔组织生长因子(CTGF)信使。这是维持干细胞自我更新所必需的。在缺乏CTGF的情况下，干细胞会老化，无法补充。

“我们的研究结果在治疗白血病方面可能具有重要意义。在这种情况下，干细胞极度活跃，它们的分裂没有受到抑制，”Oostendorp描述道。“白血病血细胞都处于持续的警觉状态，所以我们可以预期它们会与组织细胞“然而，到目前为止，研究的重点一直局限于作为缺陷实际来源的干细胞。”“考虑到我们现在对反馈循环的了解，在治疗方法中整合周围的细胞也很重要，因为它们对干细胞分裂有很强的影响，”科学家证实。