不少人心中疑惑:
干细胞回流到我们体内,
用肉眼看不到,用双手去触摸,
他们究竟去了什么地方?
难道我们真的要把受伤的内脏给修补好了?
干细胞归巢效应HOMING
干细胞之所以能被用来治疗,除了繁殖和分化的能力之外,还有一个很重要的原因,那就是归宿效果。
干细胞能自行寻找“家”,并能适应自己的生活,就好像有一个自动定位系统,随时都能找到自己的家园。我们称之为“归巢”。
无论是内、外来源的干细胞,都能在体外“溜达”一圈,找到一个适合自己的小环境,然后在那里安居乐业。
01开始于“归巢”
“归巢(homing)”一词最初由科学家在年提出的,最初的意思是,在血液中循环的淋巴细胞会向外转移,例如淋巴结,这种回归现象被称作“淋巴细胞的归宿”。“归巢”这个词后来又被扩展到了干细胞上。
所谓“归巢”,就是在各种因素的作用下,由自身或外源的干细胞,经过血管内皮细胞,到达靶向组织,并在体内形成一个固定的宿主。
干细胞的归宿就像是有GPS一样,可以根据自己的位置,找到自己需要的部位,然后修复自己的细胞。
02MSC的安全性归巢性除造血干细胞外,主要是指间充质干细胞MSCs。
年,Krap等提出了“间充质干细胞归宿”的定义,即MSCs被捕捉到靶组织的血管系统,然后穿过内皮细胞向靶组织转移。许多研究表明,在缺血、缺氧、损伤时,机体或外源性MSCs在损伤部位表现出明显的优势。
在MSCs治疗中,归巢是其安全性和有效性的重要因素。
干细胞周围的细胞构成了一种类似于摇篮的环境,这种环境被称作“干细胞巢”,即干细胞的生存基础。
细胞外基质(ECM)、细胞外基质(ECM)和各种细胞因子组成,与干细胞毗邻。
微环境不但能为干细胞提供营养,而且能引导其行为,并确定其向哪个方向发展。
微环境的变化是MSCs归巢的启动因子,不同的信号分子如趋化因子、粘附因子、生长因子等都在局部发生。
不同的微环境会产生不同的信号分子,从而将MSCs引向组织。干细胞归位后,又回到了骨髓,回到了内脏,回到了炎症和外伤,甚至回到了肿瘤。
近年来,有关干细胞的研究成果层出不穷,有些研究显示,干细胞具有很强的归巢能力,对各种疑难杂症的治疗具有无可替代的优越性。
03干细胞的记忆作用
研究表明,干细胞有记忆的能力,能够回忆过去所受的伤害,以及对受伤和发炎的记忆。
干细胞经常与免疫系统一起使用这些记忆,以提高组织对随后的伤害和致病性的攻击,从而帮助新的创伤痊愈。
创伤或其它引发发炎的不良体验,会使皮肤中的上皮干细胞保持长久的记忆,使他们能更迅速地修复后续的肌肤伤害。这些表皮细胞可以通过发炎来补充表皮细胞。
最初的发炎使这些干细胞更加敏感:一旦发炎发生,他们就能更迅速地做出反应。
干细胞具有三种不同的记忆能力:
对短期刺激的长期持续的反应;
二次刺激对相同因子的响应较强;
对各种刺激有不同的反应。
同时,对相同因子的第二次刺激,干细胞也会有更强的反应。
纽约大学免疫专家苏鲁蒂·奈克对皮肤和其它组织中的干细胞进行了研究。
在年《自然》杂志上刊登的一篇文章中写道:“如果老鼠的皮肤斑点发炎并痊愈,它会以2.5倍的速度痊愈。”在试验中保存干细胞的记忆是很有好处的,因为干细胞能调控细胞,让它们在创伤修复和再生上更加有效。干细胞的短期记忆能力与免疫细胞相似,其特征是对短时间的刺激反应持续时间较长。
干细胞具有记忆功能的特征,能够通过多种因子来增强其在特定的组织损害和病变中的作用。
04中国科学家首次揭开造血干细胞的归宿
中国科学院上海营养和卫生研究所潘巍峻在《自然》杂志在线发表了自己的研究成果:他们首次利用活体化技术,观测到了造血干细胞回归的全过程,并确定了影响其回归的主要因素,即先导细胞。
《自然》杂志的封面选用敦煌壁画中的凤凰栖梧桐,比喻造血干细胞如同一只凤凰,必须回到梧桐树上,完成分化、增殖,完成它的任务。
潘巍峻在年回国后,就一直在研究这个领域。
“就像是可以从高空俯瞰大地的卫星一样,我们可以监控到所有的内脏,从而发现更多的细节。”潘巍峻表示,他们不仅能观察到这些组织,还利用流体力学的方法,对细胞在血液中的流动进行了检测,经过大量的数据和运算,最终确定了干细胞的回归时间和空间。
有时候,引导细胞还会把干细胞与血管壁上的干细胞结合在一起,这时,在血管壁上形成一层膜,把干细胞半包住,这也是一种干细胞回归家园的方法。
“先导细胞”(紫色)使造血干细胞(红色)的速度变慢(《自然》)(图片来源:Nature)“我们的数据显示,百分之七十五的干细胞会滞留在血管里。而剩下的部分则是在血管壁上的滞留。干细胞的增殖和分化,必须要有干细胞的存在。”
这项工作不但解决了目前全球造血干细胞研究中存在的难题,还揭示了“先导细胞”在干细胞回归过程中的重要作用,为进一步促进干细胞移植的转化提供了新的理论和方法。