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《Nature》惊人新发现:肺部居然能制造血液

加州大学旧金山分校的研究人员在活体小鼠肺部通过视频显微镜(video microscopy),发现肺部具有此前未知的血液生产功能。研究人员指出小鼠循环系统中,肺部负责制造了超过一半的血小板(血液中的凝固出血的成分),而且更加令人惊讶的是,科学家们还发现了一个之前未知的能恢复血液生成的血液干细胞池,之前大家都认为骨髓干细胞,也就是血液生产的主要地点中的血液干细胞会被耗尽。

这一研究成果公布在最新一期(3月22日)的Nature杂志上,文章的通讯作者是加州大学旧金山分校医学教授Mark R. Looney,他表示,“这一发现表明肺部具有更加复杂的作用,它们不仅仅是用于呼吸,还是形成血液的关键合作伙伴。我们针对小鼠的观察指出,肺部在人体血液形成过程中也可能发挥了关键作用。”

这些发现有助于增加我们对血小板减少症thrombocytopenia的理解,这种疾病的患病人数多达数百万,患者体内不受控制的出血风险急剧增加。同时这一研究也提出了肺部内的血液干细胞如何影响肺移植者的问题。

新技术的作用

这项新成果来自Looney等人近期开发的一种双光子活体成像技术(two-photon intravital imaging),这种成像放能帮助研究人员完成十分细微的观察,了解活体小鼠肺部中微小血液系统中的单个细胞行为。

Looney和他的团队利用这一技术分析了免疫系统和肺部循环系统血小板之间的相互作用,这些基因工程小鼠的血小板能发出明亮的绿色荧光。结果他们惊讶的发现生成血小板的细胞,也就是肺血管系统中的巨核细胞(megakaryocytes)大量出现了。虽然此前研究人员曾在肺部看到了巨核细胞,但通常它们被认为是来自于骨髓。

Looney实验室的博士后研究员Emma Lefran?ais博士说:“当我们发现如此多的巨核细胞群体似乎生活在肺部时,我们意识到这可能就是事实。”突破性成果:干细胞生成首个肺部类器官


新发现的肺部干细胞可以帮助受损骨髓

那么这些肺部的巨核细胞和血液干细胞是如何在肺和骨髓之间来回移动的呢?为了回答这个问题,研究人员进行了一系列的肺移植研究:

首先,研究人员将正常供体小鼠的肺部移植到了具有荧光巨核细胞的受体小鼠中,结果发现来自受体小鼠的荧光巨核细胞很快出现在肺血管系统。这表明肺部生成血小板的巨核细胞来自于骨髓。

之后,研究人员将带有荧光巨核细胞祖细胞的肺移植到具有血小板减少症的突变小鼠中,数月的观察显示这些小鼠的移植肺部产生大量荧光血小板,令突变小鼠的血小板迅速恢复道路正常水平,而且血小板寿命也要比个体巨核细胞或血小板的寿命长得多。研究人员指出,移植肺部的巨核细胞祖细胞已被受体小鼠激活,从而产生健康的新型巨核细胞。

最后,研究人员将健康肺(其中所有细胞都被荧光标记)移植到骨髓缺乏正常血液干细胞的突变小鼠中。受体小鼠骨髓分析表明,源自移植肺的荧光细胞很快就会流向受损的骨髓,不仅促使血小板生成,而且也促进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,肺部中有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,恢复血液中的许多成分。“据我们所知,这是首次描述出现在肺部的血液祖细胞,并且这引起了许多与血小板减少症患者有临床相关性的问题,”Looney说。

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