肺脏令人惊奇的新功能:造血

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频道:生命科学
来源:Nature
作者:生物谷

肺脏令人惊奇的新功能:造血,研究人员发现,肺部产生了一半以上的血小板- 凝血所需的血液成分,可在小鼠循环中出血。另一个令人惊讶的发现是,科学家们还发现了当以前未知的血液干细胞骨髓干细胞已经耗尽时,以前不认为是血液生产主要部位血液细胞池能够恢复血液生成能力。

加州旧金山科学家在活体鼠肺中使用视频显微镜,透露肺部在血液生产中起到以前未被认识的作用。据自然网报道,近日,研究人员发现,肺部产生了一半以上的血小板- 凝血所需的血液成分,可在小鼠循环中出血。另一个令人惊讶的发现是,科学家们还发现了当以前未知的血液干细胞骨髓干细胞已经耗尽时,以前不认为是血液生产主要部位血液细胞池能够恢复血液生成能力。

 
“这个发现提出了更复杂的肺部视图 -它不仅仅是呼吸,而且是形成血液的关键合作伙伴,“ UCSF实验室医学和新文章的资深作者医学教授马克·罗尼(Mark R. Looney)博士说:“我们在这里观察到的老鼠强烈地表明,肺也可能在人类的血液形成中发挥关键作用。“
 
这些发现可能对理解患有低血小板数或血小板减少症的人类疾病具有重大影响,增加不受控制的出血的风险,这会影响数百万人。研究结果还提出了有关血液干细胞如何在肺部生存,并可能影响肺移植受者的问题。
 
活检成像研究显示,小鼠肺每小时产生超过1000万片血小板
 
最近由Looney开发的一种称为双光子活体成像技术的研究可能成功,该研究由UCSF病理学教授兼合作者Matthew F. Krummel博士研发。这种成像方法允许研究人员执行非常微妙的任务,可可视化活的小鼠肺部的微小血管内的各个细胞的行为。
 
Looney和他的团队正在使用这种技术来检查免疫系统和肺中循环血小板之间的相互作用,使用工程化的小鼠,使得血小板发出明亮的绿色荧光,当他们注意到大量惊人的血小板产生细胞称为巨核细胞肺血管系统(见视频S1,视频S2)。虽然以前在肺中观察到巨核细胞,但它们通常被认为主要在骨髓中生活和产生血小板。
 
Looney实验室的博士后研究员EmmaLefran?ais博士说:“当我们发现这个巨大的巨核细胞群体似乎生活在肺部时,我们意识到我们必须遵循这一点。“
 
更详细的成像很快就会显示巨核细胞在肺脉管系统内每小时产生超过1000万个血小板(见视频S5),这表明一半以上的小鼠的总血小板产生发生在肺部,而不是骨髓中,正如研究人员早就推定的那样。视频显微镜实验还揭示了许多以前被忽视的肺脉管系统之外的巨核细胞祖细胞和血液干细胞- 估计每只小鼠肺中有100万。
 
新发现的肺干细胞可以恢复受损的骨髓
 
肺中巨核细胞和血液干细胞的发现提出了这些细胞如何在肺和骨髓之间来回移动的问题。为了解决这些问题,研究人员进行了一组聪明的肺移植研究:
 
首先,团队将肺从正常供体小鼠移植到具有荧光巨核细胞的受体小鼠中,并发现来自受体小鼠的荧光巨核细胞很快在肺血管系统中开始出现。这表明肺中产生血小板的巨核细胞起源于骨髓。
 
Guadalupe Ortiz-Mu?oz博士还是Looney实验室的博士后研究员,以及该文章的第一作者,他说:“巨核细胞从骨髓一直运行到肺部是非常有趣的。由于血液的机械力,或者也许是因为我们还不知道的某些分子信号,肺可能是血小板产生的理想生物反应器。“
 
在另一个实验中,研究人员将具有荧光巨核细胞祖细胞的肺移植到具有低血小板计数的突变小鼠中。移植物产生大量的荧光血小板,并迅速恢复正常水平,持续数月观察的效果比单个巨核细胞或血小板的寿命长得多。研究人员指出,移植肺中的驻地巨核细胞祖细胞已被受体小鼠的低血小板计数激活,并产生健康的新型巨核细胞以恢复适当的血小板产生量。
 
最后,研究人员移植健康肺,其中所有细胞被荧光标记到骨髓缺乏的正常血液干细胞突变的小鼠中。受体小鼠骨髓的分析表明,源自移植肺的荧光细胞很快就会流向受损的骨髓,不仅促成血小板的生成,而且促成了各种血细胞的生成,包括免疫细胞,如嗜中性粒细胞,B细胞和T细胞。这些实验表明,肺可以产生各种血液祖细胞和干细胞,这些细胞和干细胞能够补充受损的骨髓并恢复血液中许多成分。
 
“据我们所知,这是首次描述居住在肺部的血液祖细胞,并且引发了数百万患有血小板减少症的人的临床相关性的问题,“Looney也是UCSF肺部主治医师咨询服务和重症监护病房。
 
特别是研究表明,研究人员已经提出血小板治疗可由工程化巨核细胞产生,应该将肺部看作血小板生产的资源,Looney说。该研究还为干细胞生物学家提供了新的研究途径,以探索如何通过干细胞的相互交换来使骨髓和肺合作产生健康的血液系统。
 
犹他州立大学医学院内科系副主任医师Guy A. Zimmerman博士说:“这些观察结果改变了关于血液细胞形成,肺生物学和疾病以及移植的现有范例。这些发现具有直接的临床相关性,并为未来研究肺炎症和其他炎性疾病,出血和血栓形成障碍以及移植中的血小板生成和巨核细胞功能提供了一大堆问题。“
 
Looney说,观察到血干细胞和祖细胞似乎在肺和骨髓之间自由地来回移动,研究人员越来越意识到支持干细胞可能比以前更加活跃。“我们越来越多地看到,产生血液的干细胞不仅生活在一个地方,而且穿过血流,也许在不同器官中,“出国留学“是干细胞教育的正常部分。“
 
众所周知,数十年来,都认为肺可以是血小板生产的一个部位,但是这项研究通过证明鼠肺是该过程的主要参与者,从而扩大了这一想法,转化研究项目负责人NHLBI血液科学与资源科的Traci Mondoro博士说道:“Looney博士和他的团队破坏了关于血小板相关造血的肺部作用的一些传统观点,为进一步科学探索这种综合生物学铺平了道路。“

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