Nature：為何我們的造血幹細胞存在於骨髓中？免受紫外線傷害是關鍵！
在人類和其他哺乳動物中，產生所有血細胞的造血幹細胞位於骨髓中。但在魚類中，造血幹細胞存在於腎臟中。在20世紀70年代後期，生物學家們首次意識到血液在身體的特定部位---造血幹細胞壁龕（blood stem cell niche）---中產生。從那時起，他們就一直想知道為何不同的生物在不同的部位中執行這種功能。
圖片來自F. Kapp et al./Nature 2018。
四十年後，來自美國哈佛大學幹細胞與再生生物學系、波士頓兒童醫院幹細胞項目和哈佛幹細胞研究所的研究人員在一項新的研究中發現了一條有價值的線索：這種造血幹細胞壁龕經進化後保護造血幹細胞免受陽光中有害紫外線（UV）的傷害。這種對造血幹細胞壁龕的新認識將有助人們增強造血幹細胞移植的安全性。相關研究結果於2018年6月13日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Protection from UV light is an evolutionarily conserved feature of the haematopoietic niche」。
腎臟之上的遮陽傘
這項研究的靈感來自對斑馬魚的偶然觀察，斑馬魚是許多實驗室使用的一種動物模型。
論文第一作者、哈佛大學幹細胞與再生生物學系研究員（如今在德國弗萊堡大學醫學中心兒科任職）Friedrich Kapp博士說，「我正試圖在顯微鏡下觀察造血幹細胞，但腎臟上方的一層黑色素細胞阻擋我的觀察。」黑色素細胞是產生黑色素的細胞，黑色素是一種決定著人體皮膚顏色的色素。
Kapp說，「位於腎臟上方的黑色素細胞的形狀讓我想起了遮陽傘，因此我想知道它們是否保護造血幹細胞免受紫外線的傷害。」
因此，Kapp讓正常的斑馬魚和缺乏黑色素細胞的斑馬魚突變體接受紫外線照射。果然，在斑馬魚突變體中，造血幹細胞的數量減少了。此外，當讓正常的斑馬魚上下顛倒並讓它們接受紫外線照射時，它們也會丟失造血幹細胞。這就證實這種黑色素細胞傘保護腎臟不受其上方的紫外線傷害。
從水中到陸地
在證實黑色素細胞保護造血幹細胞免受紫外線傷害之後，這些研究人員搜索了進化「生命之樹」以發現相似之處。他們發現黑色素細胞早已長期地包圍著造血幹細胞壁龕---即便在大約5億年前從脊椎動物家族樹中分歧出來的魚類中，也是如此。
通過研究近期的到陸地動物的進化，這些研究人員著重關注一類毒箭蛙。當毒箭蛙的蝌蚪長出腿時，造血幹細胞從黑色素細胞覆蓋的腎臟轉移到骨髓中。他們注意到在所有的發育階段，毒箭蛙的造血幹細胞壁龕都受到保護而不會遭受紫外線傷害。
理解造血幹細胞壁龕
論文通信作者、哈佛大學幹細胞與再生生物學系教授Leonard Zon博士說，「如今我們有證據表明陽光是造血幹細胞壁龕的一種進化驅動力。」
Zon將繼續通過確定調控黑色素細胞和造血幹細胞之間相互作用的生物信號通路來研究造血幹細胞壁龕。
更好地理解造血幹細胞壁龕對造血幹細胞移植是很重要的，這是因為為移植的造血幹細胞在體內尋找新的安全家園是至關重要的。
Zon說，「作為一名血液病和腫瘤科醫生，我對血液疾病和癌症患者進行治療。一旦我們更好地了解造血幹細胞壁龕，我們就能夠讓造血幹細胞移植變得更加安全。」
參考資料：Friedrich G. Kapp, Julie R. Perlin, Elliott J. Hagedorn et al.Protection from UV light is an evolutionarily conserved feature of the haematopoietic niche. Nature, Published online: 13 June 2018, doi:doi:10.1038/s41586-018-0213-0
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