一直以来,人们都以为血是在骨髓及脾脏制造的。但日前加大旧金山分校的科学家运用微视显微镜在活老鼠身上发现了肺从未被知晓的造血角色:老鼠的血液循环内,肺制造了一半以上的血小板!此外,科学家也意外地发现了肺有前所未知的血液干细胞。当主要造血功能的骨髓内干细胞耗尽时,这些干细胞能恢复造血功能。这发现亦意味着我们能对于有数百万患者的血小板减少症有进一步了解。
这个新研究归功于最近由Looney及USSF病理教授所开发出来所谓双光子(two-photon)活体影像技术改良。这种影像技术可让研究人员可进行极为精细的观察,以了解在活老鼠肺内的微血管内每一个细胞的行为。
Looney和其团队运用这个技术可以检查肺脏中免疫系统和循环血小板的交互作用。以基改过的老鼠使其血小板发出绿色荧光,他们观察到,在肺血管分布中有出人意料大量的血小板制造细胞亦即巨核细胞(megakaryocyte)。虽然巨核细胞以前也在肺中被观察到,然总以为主要是由骨髓制造的。进一步的影像显示,在肺血管分布中巨核细胞每一小时制造一千万以上的血小板;意味着老鼠有一半一上的血小板是在肺内产生而非骨髓。显微录像带亦显示了多种以前被忽略的巨核细胞的前驱细胞(progenitor cell)和血液干细胞静静地停留在肺之血管分布外;估计每只老鼠约有一百万个。
新发现的血液干细胞能修复受损的骨髓
巨核细胞及血干细胞的发现引起了一个疑问:这些细胞如何在肺及骨髓之间往复来回。为了探求真相,研究人员以巧妙的肺移植来进行研究。第一个试验显示由于血液的机械力或许是一些我们还未知的分子信号,肺可能是一个理想的制造血小板的生物反应器。第二个试验显示:低血小板的老鼠做了肺移植后,移植肺中巨核前驱细胞被低血小板活化而造出健康的新巨核细胞,恢复了正常制造血小板功能。
最后研究人员将所有细胞均有荧光标示的健康肺移植到骨髓缺乏正常血液干细胞的基改老鼠身上;受植老鼠的骨髓分析显示,从移植肺来的荧光细胞很快就移行到受损的骨髓,并产生不只血小板还有多种血细胞,包括免疫细胞如嗜中性白血球(neutrophils) B cells和T cells。这些试验显示:肺是多种血球前驱细胞(progenitor cells)和干细胞的家,能够修复受损骨髓的干细胞,亦可恢复血液成份的制造。
这些试验结果也引起有关血小板减少症的相关讨论。特别是研究显示建议以基改的巨核细胞来治疗血小板疾病的研究人员应该要思考以肺作为血小板制造来源。这个研究亦提供了干细胞生物学家一个新方向,以探索骨髓和肺如何携手合作“通过干细胞交换,营造一个健康的血液系统”。
这些观察改变了即存有关血细胞形成,肺生物疾病和移植的模式。
对于血干细胞和前驱细胞在骨髓间自由往复的观察,让越来越多认为“干细胞可能比我们认知的更活跃”的研究人员提供一个支撑。Looney说﹕“我们看到越来越多的造血干细胞并不驻宿在一个地方,而是游行在血流里面。或许在各种器官里“出国留学”是干细胞教育的正常作业。”