Nature|造血干祖细胞的活体成像

　　造血干细胞（Hematopoietic stem cells, HSCs）是一群具有自我更新能力和分化成各类成熟血细胞潜能的成体干细胞。自上世纪六十年代，McCulloch和Till共同发现和定义造血干细胞（详见BioArt报道：被遗忘的干细胞研究先驱丨致敬Ernest McCulloch和James Edgar Till），该领域取得了很多重要进展，并对研究其他干细胞，包括肿瘤干细胞等，均有重要指导意义（详见BioArt报道：『珍藏版』Cell Stem Cell观点 | 成体干细胞的简单使命：有丝分裂，取而代之）。

　　虽然分离和体外培养造血干细胞的技术越来越成熟，我们对造血干细胞在体内的生物学特性还不太了解。追踪活体动物HSCs的方法是向接受了辐照的动物移植HSCs，而辐照会严重的破坏骨髓微环境【1,2】。因此，目前对于造血干细胞的静息和激活状态转换的机制，和造血干细胞位于骨髓的确切位置，以及特定的支持HSCs的骨髓环境（niches）特征，还需进一步研究。

　　2020年2月6日，来自美国波士顿儿童医院和哈佛大学的Fernando D. Camargo和Charles P. Lin教授在Nature发表论文“Live-animal imaging of native haematopoietic stem and progenitor cells”，该研究首次建立了体内造血干祖细胞的活体成像技术，观察它们在骨髓中的定位和生存环境。

　　Mds1基因在LT-HSCs（long-term HSCs）中特异性高表达。研究者将EGFP基因插入Mds1的转录起始位点，使得LT-HSCs携带绿色荧光标记。经流式细胞仪和单细胞测序验证，确实，绿色荧光细胞为LT-HSCs。

　　研究者发现LT-HSCs主要位于窦状毛细血管（sinusoidal blood vessels）和骨膜内表面。而多能祖细胞（multipotent progenitor cells，MPPs）与内膜距离相对较远，更可能与血管过渡区相关。

　　低氧一直被认为对维持HSCS的静息状态至关重要【3】，但是支持该理论的证据大多是间接的【4】。研究者使用氧气传感器测量了LT-HSCs附近的氧气含量。确实，LT-HSCs附近的氧气含量较低，但是在氧气含量最低的区域却没有LT-HSCs，这提示缺氧可能不是维持HSCs静息状态的先决条件。

　　进一步研究发现，LT-HSCs在空间上也处于相对静止的状态，而激活的HSCs运动能力明显增加。并且，静息HSCs呈单细胞存在，而激活的HSCs则成簇存在，提示HSCs的激活可能受空间限制。那么，促进HSCs增殖的空间具有什么特点呢？研究显示，HSCs更倾向于在成骨细胞与破骨细胞比例为25-75%的环境中激活。

　　总的来说，该研究首次建立了造血干细胞体内活体成像技术，为了解HSCs本身的生物学特性及其生活的微环境搭建了良好的平台。同时，该研究揭示了HSCs本身的行为特征和骨髓微环境异质性对HSCs发育的影响。

　　参考文献

　　1. Lo Celso, C., Lin, C. P. & Scadden, D. T. In vivo imaging of transplanted hematopoietic stem and progenitor cells in mouse calvarium bone marrow. Nat. Protoc. 6, 1–14 (2011).

　　2. Cao, X. et al. Irradiation induces bone injury by damaging bone marrow microenvironment for stem cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 1609–1614 (2011).

　　3. Takubo, K. & Suda, T. Roles of the hypoxia response system in hematopoietic and leukemic stem cells. Int. J. Hematol. 95, 478–483 (2012).

　　4. Parmar, K., Mauch, P., Vergilio, J. A., Sackstein, R. & Down, J. D. Distribution of hematopoietic stem cells in the bone marrow according to regional hypoxia. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 5431–5436 (2007)