血是如何产生的呢?科学家的秘密终于揭开了!

2024-03-25 生活常识 关注公众号
药明康德团队首次揭示骨髓血液细胞功能的新机制:在失血和疾病应激时,骨髓能在1小时内调整造血过程,满足生理需求。 研究人员使用最新的《自然》杂志研究成果,开发了一种成像技术,可在观察15分钟内同时看到多种骨髓细胞动态变化,以更好地理解血液细胞是如何协调工作的。这种新型成像技术有助于深入理解造血过程中特异性差异,从而解开相关课题。此前,免疫荧光成像仅能检测活体内的细胞活动,但骨髓造血问题较为复杂,普通成像技术无法准确识别不同的细胞类别。因此,寻找并成功应用于每一类造血细胞的独特分子标记至关重要。针对这一挑战,研究团队从潜在分子标记物库中筛选,最终发现了大量具有高度特异性且可以区分至少两种造血细胞的分子标记物。这一成果将为药物研发带来新思路,并推动科研人员深入了解骨髓造血的生理机制。

▎药明康德团队

  

在我们体内,骨髓是最大的造血工厂。不同类型的造血干细胞和祖细胞在这里分化,为生命活动源源不断地提供各种血细胞。在失血、病菌感染这样的应激状态下,高度可塑的骨髓还可以迅速响应,调整造血过程从而满足生理需求。

不过,这个生存必需的生理过程还有很多未解之谜。各种造血细胞如何各司其职,执行造血任务?在遭遇不同类型的应激、在身体不同部位的骨髓中,这个过程又有怎样的变化?而阻碍人们了解这些问题的重要原因,就是我们还没有真正看清造血细胞的工作现场。

现在,来自最新一期《自然》杂志的研究终于解开了这道难题。研究团队开发了一种全新的成像技术,得以同时看清十余种造血细胞在骨髓中的动态变化。

这项技术突破让我们对骨髓造血产生了全新认识,看清了在不同应激条件下,不同类型骨骼中的特异性造血过程。

近年来,一项名为免疫荧光成像的技术可以帮助科学家们看清活体内的细胞活动。这项技术需要根据细胞特异性表达的抗原(也就是分子标记物)选择相应的抗体。这些抗体都添加了荧光标记,这样当它们与细胞表面抗原结合,我们就能通过荧光成像看清目标细胞有多少、在做什么了。

但在骨髓造血的问题上,普通的免疫荧光成像技术也无能为力。因为造血干细胞、祖细胞以及分化过程中不同阶段的子代细胞太过复杂多样了。如果标记物是这些造血细胞共同拥有的,那么通过荧光成像根本分辨不出不同的细胞类别。

想要解决这个问题,就需要找到足够多特异性的标记物,从而为每一种造血细胞设计出独一无二的标记物或标记物组合。换句话说,这些细胞在显微镜下呈现的色彩组合都不能重复。

为此,研究团队从一个庞大的潜在分子标记物库开始筛选。他们对造血干细胞和祖细胞表面的247个分子标记物进行了分析,目标是找到表达水平足够用于荧光检测、同时能够区分至少两种造血细胞(即在至少一种造血细胞中均匀表达,而在另一些造血细胞中不存在)的标记。

▲研究团队对造血过程实现成像的策略

(图片来源:参考资料[1])

最终,他们找到了35个符合要求的分子标记物,并且为共14种造血干细胞、祖细胞和子代细胞设计出了独特的分子标记物组合。利用这套被称为

多色共聚焦免疫荧光成像的全新工具,这项研究终于实现了对小鼠骨髓造血过程的可视化,能够同时看见。从造血细胞的成像结果中,研究团队揭示了很多此前未知的信息。

首先是在正常的造血过程中,造血干细胞和多能祖细胞并不会彼此抱团,而是以“单打独斗”的形式分布在全身的骨髓中,其中它们在巨核细胞附近更加富集。而正如下图所展示的那样,定向分化的祖细胞被招募到了血管周围,在那里它们会帮助构建各种血细胞的生产位点。

▲视频展示了在红细胞形成过程中,中间阶段细胞定位在血管周围。

(视频来源:参考资料[1])

我们知道,在遭遇应激反应时,骨髓会调整造血过程,为生理需求供应足够的血细胞。而在接下来的研究中,还发现对于不同的应激类型,骨髓里的造血变化也不尽相同。

为此,研究团队比较了造血系统对失血、全身细菌感染和粒细胞集落刺激因子治疗(G-CSF,用于在化疗后促进白细胞生成)这3种急性应激,以及衰老这种慢性应激各自的响应情况。结果,观察到骨髓的整体解剖结构具有稳定性,在不同的应激条件下得以维持;但与此同时,

造血系统也具有可塑性,可以针对不同的应激,特异性地改变生成的不同造血细胞、子代细胞的数量,以应对不同的损伤。例如,失血后红细胞的生产位点增加;细菌感染会导致单核细胞和中性粒细胞位点增加;而G-CSF治疗导致所有的生产位点大幅减少。

▲在稳态与不同应激条件下的骨髓造血解剖图

(图片来源:参考资料[3];Nature and Cincinnati Children's)

此外,研究还发现

不同骨骼部位对这些应激的反应也存在差异。例如,失血引发了胸骨、胫骨、椎骨和肱骨中红细胞的快速生成,但颅骨却不会作出响应;G-CSF治疗促进了胫骨粒细胞祖细胞和成熟中性粒细胞的生成,但胸骨中的变化却完全相反。

▲骨髓中不同血细胞的生产位点

(图片来源:参考资料[2])

研究团队指出,这项研究以前所未有的方式揭示了整个骨髓应激反应的异质性,揭示了骨髓中特定血细胞的生产位点。这些新发现对于理解骨髓造血过程、诊断和治疗众多血液相关疾病具有重要意义。未来,还需要更多研究解释骨骼的不同区域如何特异性生产某种血液成分,并且确认这些来自小鼠的发生是否同样发生在人类身上。

封面图来源:123RF

参考资料:

[3] Skeleton-wide study of blood cell formation yields surprising findings. Retrieved Mar. 21, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1038285

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医院中最贫穷的科室排行榜发布:带你深入了解各类医疗机构资源分配状况

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医院等高水平医疗机构都设有该专科。由于该专科对医学知识要求高,入门门槛较高,导致其整体发病率相对较低。另外,我国部分地区经济发展不平衡,对该专科毕业生就业存在影响。 综上所述,医学遗传学和基因组学专科作为最经济实惠但医疗技术含量较高的科室之一,其总收入远低于其他专业。

生活常识 11.22
慢性乙肝新药甲磺酸普雷福韦片获得上市许可,有望缓解患者病情进展

慢性乙肝新药甲磺酸普雷福韦片获得上市许可,有望缓解患者病情进展

新舒沐是一款核苷酸类逆转录酶抑制剂,适用于慢性乙型肝炎成人患者。它是国家药品监督管理局批准的新药,用于治疗肝慢性乙型肝炎。研究表明,甲磺酸普雷福韦片具有高效、安全的优点,对高病毒载量病人的应答率尤其显著。此外,其表面抗原的效果也优于富马酸替诺福韦酯,显示出肝靶向技术的优势。

生活常识 11.22
全球癌症病例预计2050年将激增77%,研究报告揭示潜在威胁

全球癌症病例预计2050年将激增77%,研究报告揭示潜在威胁

癌、喉癌、鼻咽癌等。 建议: 1. 关注全球癌症趋势:癌症每年都会以惊人的速度增长,预计到2050年,全球癌症病例和死亡人数将大幅增加。 2. 重点关注男女差异:男性的癌症病例和死亡率预计高于女性,女性的癌症病例和死亡率预计分别增加68.5%和85.2%。 3. 关注老龄化问题:人口老龄化和增长可能导致更多的人患癌症,特别是50岁以下的人群。 4. 关注环境污染:空气污染、噪音污染、电磁辐射等因素可能会导致癌症的增加。 5. 提高健康意识:健康饮食、适量运动、戒烟限酒、控制体重等都是预防癌症的有效方式。

生活常识 11.22
小雪时节至,我国今冬迎来最大范围雨雪天气预警

小雪时节至,我国今冬迎来最大范围雨雪天气预警

小雪也将来得更深层次,极端低温出现 建议大家出行。

生活常识 11.22
早期乳腺癌治愈率高达90%,及时就医至关重要!

早期乳腺癌治愈率高达90%,及时就医至关重要!

2020年乳腺癌病例数据发布,预计到2040年将突破2840万例。中国为乳腺癌大国,但乳腺筛查仍需早于40岁。乳腺癌中晚期可出现多个体征,如乳头溢液、乳头回缩、乳头湿疹样癌等。

生活常识 11.22
网络热爆!关注这款新的卫生巾:‘标长实短’引发热议,网友炸锅:背刺多年的新国标正在路上

网络热爆!关注这款新的卫生巾:‘标长实短’引发热议,网友炸锅:背刺多年的新国标正在路上

卫生巾市场的假标签问题引发了公众对卫生巾产品质量的关注。根据实测调查,大多数品牌卫生巾的实际长度普遍比标注的短10-20毫米。部分卫生巾品牌甚至使用虚假标注来误导消费者。一些品牌承认自己的产品可能存在长度偏差,并承诺将通过定期更换模具等方式减少偏差。然而,网友对这一现象提出了质疑,并质疑厂商是否有恶意降低成本或故意违反市场规则。同时,卫生巾pH值的执行标准引起了人们的关注,一些人担忧国标可能存在问题。

生活常识 11.22
甜甜的日子里:谨记不敢吃糖的他们

甜甜的日子里:谨记不敢吃糖的他们

型,还会引发一系列并发症,包括心脏病、肾病等。因此,我们应当注重糖尿病预防和管理,以降低发病风险。此外,社会大众应增强对糖尿病的认识,提高对糖尿病危害的认知度,并积极参与到糖尿病防治中来。只有这样,我们才能共同守护人民的生命健康。

生活常识 11.22
五年时间:从30岁到50岁,你的健康健身秘诀

五年时间:从30岁到50岁,你的健康健身秘诀

年龄层的男性在进行锻炼时,肌肉生长的速度并不一样。年长男性相比年轻男性在肌肉增长上似乎表现出更强的效果。然而,这两种情况下都有可能是因为食物摄取不足、能量摄入不足等原因导致的。因此,改善蛋白质摄入量、注意每日热量摄入平衡,并在训练上做出适当的调整,都是提高肌肉增长的关键。

生活常识 11.22