研究人员发现了控制人类血液干细胞自我更新的蛋白质

加州大学洛杉矶分校的科学家们发现了一种蛋白质和人类血液干细胞自我更新能力之间的联系。在今天发表在杂志上的一项研究中自然研究小组报告说，激活这种蛋白质可以使血液干细胞在实验室条件下自我更新至少12倍。

增加血干细胞在人体以外的条件下可以大大改善治疗方案血液癌症比如白血病和许多遗传性血液疾病。

汉娜·米科拉博士是加州大学洛杉矶分校伊莱和埃迪·布罗德再生医学和干细胞研究中心的成员，也是这项研究的资深作者，她研究血液干细胞已有20多年的历史。

她说:“尽管多年来我们已经了解了很多关于这些细胞的生物学知识，但一个关键的挑战仍然存在:在实验室中使人类血液干细胞自我更新。”“我们必须克服这个障碍，推动这个领域向前发展。”

血液干细胞，又称造血干细胞它们存在于骨髓中，在骨髓中自我更新并分化产生各种类型的血细胞。几十年来，骨髓移植一直被用于治疗一些血液或免疫系统疾病。然而,骨髓移植有很大的局限性:找到相容的骨髓供体并不总是可能的，患者的免疫系统可能会排斥外来细胞，而且移植的干细胞数量可能不足以成功治疗疾病。

当血液干细胞从骨髓中取出并放入实验室培养皿中时，它们很快就失去了自我更新的能力，要么死亡，要么分化成其他类型的血细胞。Mikkola的目标是使血液干细胞在可控的实验室条件下自我更新，这将为治疗许多血液疾病开辟一系列新的可能性，其中包括对患者自身血液干细胞进行更安全的基因工程。它还能使科学家从多能干细胞它们有可能在体内制造任何类型的细胞。

为了揭示是什么使血液干细胞在实验室中自我更新，研究人员分析了当人类血液干细胞失去自我更新能力时关闭的基因，注意到当血液干细胞分化为特定的血细胞(如白细胞或红细胞)时，哪些基因关闭。然后，他们将血液干细胞放入实验室培养皿中，观察哪些基因关闭。利用多能干细胞，他们制造出缺乏自我更新能力的血液干细胞样细胞，并监测哪些基因没有被激活。

他们发现，一种名为MLLT3的基因的表达与血液干细胞的自我更新潜力密切相关，MLLT3基因产生的蛋白质为血液干细胞提供了维持其自我更新能力所需的指令。它通过与其他调节蛋白合作，在细胞分裂时保持血液干细胞机制的重要部分运作。

研究人员想知道，在实验室培养皿中维持血液干细胞中MLLT3蛋白的水平是否足以提高它们的自我更新能力。利用一种病毒载体(一种经过特殊修饰的病毒，可以在不致病的情况下将遗传信息携带到细胞核)，研究小组将一种活跃的MLLT3基因插入血液干细胞，并观察到，在实验室培养皿中，功能正常的血液干细胞的数量至少增加了12倍。

Mikkola也是UCLA学院分子、细胞和发育生物学教授，也是UCLA Jonsson综合癌症中心的成员，他说:“如果我们考虑治疗一个病人所需的血液干细胞数量，这是一个很大的数字。”“但我们不只是关注数量;我们还需要确保实验室创造的血液干细胞在移植时能够生成所有类型的血细胞，从而继续正常工作。”

最近的其他研究已经确定了小分子——经常被用于制造药物的有机化合物——有助于在实验室中繁殖人类血液干细胞。当Mikkola的团队使用这些小分子时，他们观察到血液干细胞的自我更新总体上得到了改善，但细胞不能保持适当的MLLT3水平，而且当移植到小鼠体内时，它们的功能也不太好。

加州大学洛杉矶分校项目科学家、该研究的共同通讯作者Vincenzo Calvanese说:“之前关于小分子的发现非常重要，我们正在以此为基础进行研究。”“我们的方法是将血液干细胞暴露于小分子并插入一个活跃的MLLT3基因，创造出能很好地融入小鼠体内的血液干细胞骨髓它能有效地产生所有类型的血细胞，并保持它们的自我更新能力。”

重要的是，MLLT3使血液干细胞以安全的速度自我更新;他们没有获得任何危险的特征，如繁殖过多或突变和产生异常细胞这可能会导致白血病。

研究人员的下一步工作包括确定血液干细胞DNA中的哪些蛋白质和元素会影响MLLT3的开关，以及如何使用实验室培养皿中的成分来控制这一开关。有了这些信息，他们可能会找到在不使用病毒载体的情况下开关MLLT3的方法，这在临床环境中使用会更安全。

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