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造血干细胞移植（HSCT）已走过了60个年头，超过100万人得到治疗[1]。虽然在过去的60年间，人们对HSCT背后生物学过程的认识已大大加深，基于HSCT平台的各种细胞治疗方案也不断涌现，但是对于人体造血干细胞来说，仍有很多问题困扰着它，那就是： 我是谁，我从哪里来，我将走向何处，我的同伴到底有多少......... 是的，你没听错，我们对于人体中，正在参与造血作用的造血干细胞数量的了解，仍然是模糊的。 前段时间，来自英国桑格研究所Peter博士和剑桥大学的科学家一起，终于为我们揭晓了答案。他们用全新的方法，首次在人体内直接测得了造血干细胞的实时数量在5万-20万之间，比以往预测的数量高了10倍以上，颠覆了我们对造血干细胞的认知。此外，这个研究还让我们有机会追踪由疾病和衰老引起的干细胞的变化，推动疾病的研究。 Peter博士 同时，他们运用的这种直接测量人体细胞数量和谱系的方法，将对再生医学，干细胞治疗以及癌症研究产生深远的影响。比如，弄清细胞治疗为什么在有些人身上有效，而有些人身上无效等等。这篇重要的研究成果发表在顶级学术期刊《自然》上[2]。 人体中每天都有无数的血细胞死去，同时又有相同数量的血细胞生成，以维持血液的平衡。如图所示，这些不同分化程度的细胞，组成了一个层级分明的网络，其中最底层的就是造血干细胞。毫无疑问，造血干细胞数量的稳定，是维持这个系统平衡的关键。 血细胞谱系 在动物中，科学家一般是将细胞标记后移植回动物体内，以此来估算造血干细胞的数量。但是在人中显然没法这么干，目前，科学家是通过X染色体失活的模式（细胞在分裂过程中，X染色体化慢慢失活），计算造血干细胞的复制速率，从而推断造血干细胞的数量[3]，还有通过端粒长度来计算的，等等。 不过这些方法都不那么直接，准确性就不敢保证了，后面也证实这些方法误差确实有点大…… 怎么办呢？这么重要的问题哪能一直晾着。 造血干细胞不好进行“人口调查”的原因，主要在于其在人体骨髓和外周血中都有分布，且数量极其稀少，通过“抽查”无法准确估算其总体数量，而进行“人口普查”显然也不现实。 既然直接调查造血干细胞本身行不通，那能否通过其“子孙之口”顺藤摸瓜查清其数量呢？毕竟在血细胞的世界里，繁殖的权利是公平的，子孙的数量和繁衍代数能直接反应祖先的规模。而造血干细胞的子孙就在外周血中，很好抽查。 Peter博士想到了体细胞突变。在人体细胞增殖过程中，DNA会以一定的频率发生突变[4]，并一代代积累，癌细胞就是这么来的[5]。不仅癌细胞，正常细胞的DNA突变也会积累。祖辈的突变会被下一代继承，通过相同的突变标志可以确认“亲缘”关系。而下一代细胞也会产生新的突变，而这些多积累的突变，就可以用来计算“繁衍”代数了。 那在人体中到底怎么操作呢？Peter博士借鉴了生态学中常用的测种群密度的方法。生态学家在测量某个地方动物的种群，比如鹿群的密度时，会先抓一定数量的鹿，打上标记，然后再放回去。过一段时间后再抓一定数量的鹿，统计其中被标记的鹿的比例，从而计算整个地区鹿的数量。 当然，在人体中我们没法直接这么干，不过可以借鉴这个思想，稍稍变通一下。 科学家是这么干的，也分为两个阶段。第一阶段是捕获，他们先从一位成年男性的骨髓和外周血中提取了140个造血干细胞和造血祖细胞，分别在体外培养成集落。不过没有再移植回人体内，而是直接进行了全基因组测序，鉴定了体细胞突变位点，可以认为是给鹿打的标记。 实验流程 第二阶段就是再捕获，分别在抽取造血干细胞后的3个时间点，抽取这位男性的外周血细胞，包括粒细胞，T淋巴细胞和B淋巴细胞。 因为这些外周血实际上就包含之前那些造血干细胞的后代，所以部分外周血细胞留有这些造血干细胞的突变标记，在外周血细胞中统计带有那140个造血干细胞的突变标记，计算其所占的比例，就能估算生成血细胞的造血干细胞的数量。 当然，计算过程实际上相当复杂，涉及到分子进化树的构建。研究者们通过进化树，得到血细胞更新的速率，用计算机进行模拟，计算得知，参与造血作用的干细胞数量在44000到215000之间，置信度在90%以上。 干细胞规模和生产粒细胞的速率 这项研究首次直接在人体中测得了正在参与造血作用的干细胞的数量。在生命早期，人类的干细胞数量随着年纪增长而稳定增加的，到了青春期后，干细胞数量达到最高，并一直稳定在这个水平。所以，这个数据是很有代表意义的。 同时，研究者们还根据进化树，准确得知了粒细胞，B淋巴细胞以及T淋巴细胞之间分化的时期，加深了对免疫系统发育的了解[6]。这种方法还有助于我们研究癌症发生和发展的过程，加深对癌症这个敌人的了解，以找到更多对付它的方法。 人体中有近40万亿细胞，各种细胞之间的关系错综复杂。对于绝大多数细胞，我们还没有弄清到底哪种细胞是由谁分化而来的，不同类型的细胞之间到底有什么关系。 这些认识的盲区直接阻碍了再生医学以及细胞治疗的发展，因为很多情况下，根本不清楚植入的细胞到底会朝哪些方向分化，以什么速率增殖。若这些答案得到揭示，那干细胞治疗碰到的诸多问题将迎刃而解。 该研究所用的方法，将为我们打开一扇更深入全面研究人体的大门，与现在发展如火如荼的单细胞测技术一起，解开发育的奥秘，指导再生医学和疾病治疗，最终造福于全人类。 编辑神叨叨 再次安利一波工作细胞，看剧的时候拿着一本Medical Trend更有feel哦~ 参考文献 [1] Chabannon, C., Kuball, J., Bondanza, A., Dazzi, F., Pedrazzoli, P., Toubert, A., ... & Bonini, C. (2018). Hematopoietic stem cell transplantation in its 60s: A platform for cellular therapies. Science Translational Medicine, 10(436). [2]https://www./articles/s41586-018-0497-0 [3] Catlin, S. N., Busque, L., Gale, R. E., Guttorp, P. & Abkowitz, J. L. The replication rate of human hematopoietic stem cells in vivo. Blood 117, 4460–4466 (2011). [4] Welch, J. S. et al. The origin and evolution of mutations in acute myeloid leukemia. Cell 150, 264–278 (2012). [5] Nik-Zainal, S. et al. The life history of 21 breast cancers. Cell 149, 994–1007 (2012). [6] Schlenner, S. M. et al. Fate mapping reveals separate origins of T cells and myeloid lineages in the thymus. Immunity 32, 426–436 (2010). 奇点：50万极客医生热爱的医疗科技媒体 本文作者 | 低温艺术家 “虽然比已知数目多了十倍，可还是少啊，大家一定要珍惜，我们之前就说过，喝酒会诱发造血干细胞突变” |
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