黑色素隨演化轉移位置保護血幹細胞,相關研究可為相關移植鋪路

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 15 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

1970 年代末,生物學家理解造血幹細胞在體內需要專一的微環境,這種環境被科學家稱為造血區位(haematopoietic niche)。而他們好奇的是,為何具有相同功能的區位在不同生物體內的位置會有差別,比如說包括人類的成年哺乳類動物位於骨髓,而非哺乳類的脊椎動物卻位在腎臟。



40 多年後,由哈佛大學幹細胞與再生醫學系、波士頓兒童醫院幹細胞計畫、哈佛大學幹細胞研究機構合作的一項研究刊登在《自然》期刊,論文提到一項意義重大的線索:他們認為腎臟上方的黑色素(他們的研究對象為斑馬魚,這種魚的造血區位位於腎臟)就是解開這項謎團的關鍵。

▲ 斑馬魚幼蟲腎臟內,一種由色素細胞組成的暗色雨傘會保護脆弱的幹細胞免於紫外線照射。右圖是左圖方框的放大,比例尺等於 100 微米(左)和 50 微米(右)。(Source:論文

黑色素細胞會製造決定膚色的色素,而原先是佛里德里希‧卡普(Friedrich Kapp)醫學博士在用顯微鏡觀測造血幹細胞時,發現腎臟上的黑色素細胞擋住了他的視野。「位於腎臟上方的黑色素細胞讓我想到陽傘,所以我猜想,它們是要保護造血幹細胞免於紫外線的照射嗎?」他說。

▲ 缺乏色素細胞保護的斑馬魚幼蟲腎臟幹細胞暴露在紫外線下。右圖是左圖方框的放大,比例尺等於 100 微米(左)和 50 微米(右)。(Source:論文

為了證實這段假說,研究團隊將斑馬魚的幼蟲突變使牠們失去黑色素,再將牠們和正常組別一起照射紫外光,結果顯示突變組別中造血幹細胞的數量明顯減少,不僅如此,只要將正常的斑馬魚上下倒置並對牠照射紫外光,一樣會有類似的結果。

從水面下到陸地的演化

下一步研究團隊順著這項發現的軌跡回溯生命演化樹來找尋相似性,他們發現早在 500 萬年前從脊椎動物獨立出來的魚類,黑色素細胞就已經圍繞造血區位。除了斑馬魚,他們還研究箭毒蛙,並發現在蝌蚪長出腳時幹細胞會從覆滿黑色素的腎臟轉移到骨髓,在整個發育過程,造血區位一樣會被保護不受紫外光照射。也就是說紫外線可能是造成區位位置出現差異的天擇壓力。

研究的第一作者、哈佛大學幹細胞與再生醫學教授李奧納‧松(Leonard Zon)醫學博士還特別提到這項研究對幹細胞移植的重要性。「身為一位要治療癌症及血液疾病的血液學家及腫瘤學家,一旦我們更了解區位的特性,我們就能更安全地進行造血幹細胞移植。」他如此說。

(首圖來源:影片截圖)