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今天，有两篇新的研究同时刊登在了《自然》杂志上。经过20年的努力，科学家们终于成功地将成熟细胞转化为了具有功能性的造血干细胞样细胞！这意味着干细胞领域再次取得了不小的突破。  携带各种表面标记的造血干细胞
造血干细胞是在胚胎发育期间产生的，正常的造血干细胞具有长期自我更新的能力和分化成各类成熟血细胞的潜能。自从1998年，人的胚胎干细胞（ES）被成功分离出来，科学家们就一直在尝试着用它们去“制造”造血干细胞，但是一直没能获得成功。
因此，这次的成功对于干细胞领域无疑是一个很大的鼓励。《自然》杂志也为这两个研究撰写了评论文章，指出这些成果为白血病和其他需要骨髓移植的，但又找不到合适供体的血液疾病患者带来了希望[1]。两项研究分别由波士顿儿童医院干细胞计划实验室的负责人George Daley教授[2]和Weill Cornell医学院的Shahin Rafii教授[3]领导。  George Daley教授（左）和Shahin Rafii教授（右）
过去，Daley教授的团队尝试过直接使用人的诱导性多能干细胞（hiPSCs）直接分化出造血干细胞，但是没有成功。于是这次他们选择了“绕路”，首先通过化学信号诱导，将人的多能干细胞（hPSCs，包括ES和hiPSCs）分化成了生血内皮细胞（hemogenic endothelium cells），它具有转化为造血干细胞的能力。 在造血细胞因子的“刺激”下，研究人员观察到了生血内皮细胞向造血干细胞转化状态的细胞（EHT），但是当他们尝试将EHT移植给小鼠的时候却失败了，移植的细胞并不能“造血”。 研究人员诱导出的包含EHT的混合态干细胞 接下来，他们“复习”了过去的干细胞分化研究，构建了一个包括26个转录因子的转录因子库，将它们通过病毒载体转入培养到第3天的EHT中，然后移植给有免疫缺陷的小鼠。这经过12周，对小鼠的骨髓和胸腺进行检查，发现了人的红细胞、骨髓细胞、B细胞和T细胞。在26个转录因子中，研究人员最终确定了7个（ERG、HOXA5、HOXA9、HOXA10、LCOR、RUNX1和SPI1）在4种细胞中都存在，他们认为，这7个转录因子是促使生血内皮细胞向有“造血”能力的造血干细胞样细胞转化的关键因子。对这7个转录因子再次进行实验，同样观察到了4种细胞生成。  不同细胞系中红细胞（E）、骨髓细胞（M）、B细胞（B）和T细胞（T）组成比例
Daley教授表示，他们所发现的这种细胞与天然的造血干细胞之间仍然存在一定差异，但是已经是“极其接近”的了[1]。他们还在接下来的试验中验证了移植的细胞具有正常的自我更新能力。造血干细胞的自我更新能力非常重要，是维持机体正常造血需求的必须能力。
相比Daley教授，Rafii教授并没有选择人源的细胞进行实验，而是直接采用了小鼠的细胞。他们从小鼠的血管内提取了内皮细胞，然后将四个转录因子（Fosb 、Gfi1、 Runx1和Spi1）转入细胞中，这是他们在2014年时候发现的，通过这4个转录因子可以将血管内皮细胞转化为造血干细胞样细胞[4]。 接下来将细胞转入模拟血管环境中，这种“血管环境”充满各种细胞，能够为内皮细胞重编程和分化提供一些“信号分子”。经过28天的培养，就产生了具有造血干细胞功能的细胞，而这个过程中，内皮细胞不需要经历多能干细胞这一状态。 血管内皮细胞
Rafii教授在接受《The Scientist》网站的采访时表示，他们在实验中模拟的血管环境是细胞转化成功的关键因素，“就像母亲为婴儿提供营养一样，没有母亲的支持，婴儿也不能存活，这和我们实验中的细胞是一样的。”[5]
这些细胞也同样拥有良好的自我更新能力和分化为各类血细胞以及具有免疫活性的淋巴细胞（T细胞和B细胞）的能力。体外实验获得成功后，研究人员选择了接受过放射治疗，体内大部分血细胞和免疫细胞都被杀死的小鼠，将这些诱导出的细胞移植给它们。在移植后，小鼠重新获得了造血能力，恢复到了未接受治疗前的状态，在实验室中生活了1年半多的时间。此外，研究人员还对小鼠进行了长达40周的监测，没有发现组织和血液中出现恶性病变的情况。  3D主成分分析（PCA）图，显示诱导出的造血干细胞样细胞（rEC-HSCs）及分化出的血细胞和淋巴细胞的多维度聚集
对于这两个“殊途同归”的研究，Rafii教授表示，他“绕过”了多能干细胞阶段，他的方法更像是一个“直达航班”，而Daley教授的方法则需要“中途转机”。而Daley则认为，他的方法效率更高，在致癌和其他病变上的可能性更小。此外，加州Scripps研究所的研究员Janne Loring表示，多能干细胞容易获得，而Rafii教授的方法中需要的血管内皮细胞相对难获取和存活，这会增加实际应用中的难度[1]。
如果他们的结果能被更多的实验室所复制，那么也许还会有其他的完善和进展，将研究推入临床的可能性也会更大。Daley教授也提出，他们想将来能够引入基因编辑技术如CRISPR，而不再利用病毒载体，扩大实际使用中干细胞的能力和安全性，希望有更多的患者能够受益[6]。 参考资料： [1] http://www./news/lab-grown-blood-stem-cells-produced-at-last-1.22000 [2] R. Sugimura et al.Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells. Nature, doi:10.1038/nature22370, 2017. [3] R. Lis et al. Conversion of adult endothelium to immunocompetent haematopoietic stem cells.Nature, doi:10.1038/nature22326, 2017. [4] Sandler, V. M. et al. Reprogramming human endothelial cells to haematopoietic cells requires vascular induction. Nature 511,312–318 (2014). [5] http://www./?articles.view/articleNo/49441/title/Blood-Stem-Cells-Grown-in-the-Lab/ [6] https://www./releases/2017/05/170517132609.htm |
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