【我們為什麼挑選這篇文章】在我們的常識中,負責造血的器官是骨髓。不過,《自然》雜誌報導的最新研究成果將打破我們的既定印象,造血器官其實是肺!(責任編輯:黃筱雯)

作者/醫谷

近日,來自加州大學舊金山分校的一個科學家小組在Nature雜誌上發表了一篇題為“The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoietic progenitors”的新成果,他們首次證實肺是個造血器官,動物體內有一半以上的血小板來自於肺部,這一點在先前從未被發現過。

該項論文的負責人,加州大學舊金山分校的Mark Looney教授表示:「這項發現毫無疑問說明了肺的複雜作用——它們不止用來呼吸,還是生成血液關鍵組成部分的重要參與者,我們在小鼠中觀察到的結果,強烈表明肺在人類的血液生成中也起著關鍵性的作用。」對於數以百萬計的血液病患者和需要接受肺移植的患者而言,這個新發現,有可能對他們疾病的治療產生巨大而深遠的影響。

Mark R. Looney, MD

據了解,這項突破性研究背後的最大功臣是一種叫做「雙光子活體成像」(two-photon intravital imaging)的技術,Looney教授正是共同發明人之一,這種成像技術使研究人員能夠完成極為精細的觀察,從而在活體小鼠的肺部的微小血管中,看到單個細胞的行為。

雙光子活體成像技術成像過程

研究最初,Looney和他的研究小組是在利用這一技術調查肺部免疫系統與循環血小板之間的作用。它們使用了經工程改造後,血小板能夠發出明亮綠色螢光的小鼠。令人意外的是,科學家們在肺部血管中觀察到了數量驚人的血小板產生細胞——巨核細胞。雖然這類細胞以前也在肺部被觀察到過,但它們通常被認為主要在骨髓中「生活」,產生血小板。

肺部中,達血小板因子4(PF4)的細胞並不少(紅色)(圖片來源:《自然》)

於是,研究人員開始用這項突破性的成像技術,繼續觀察小鼠肺部。很快,他們得到了更多的數據。據統計,這些巨核細胞能以每小時生成1000萬個血小板的速度進行工作,這表明小鼠體內超過一半的血小板都是在肺部,而不是在骨髓生成的!

此外,研究還在肺部血管之外發現了大量先前被忽視的巨核細胞祖細胞和血液幹細胞。Looney博士表示,據他們所知,這是首個描述血液祖細胞在肺部「居住」的研究。

肺部的這些巨核細胞正在合成血小板(箭頭)(圖片來源:《自然》)

這些在肺血管中的巨核細胞與血液幹細胞引人好奇——它們是怎麼來到肺部的呢?它們會不會在肺部與骨髓之間來回移動?為了回答這些問題,研究人員們做了一系列肺移植實驗。

首先,研究人員從將普通小鼠的肺部移植到了巨核細胞會發出綠色螢光的小鼠體內,並發現那些本沒有熒光細胞的肺部內,也慢慢出現了綠色螢光。這表明這些能生產血小板的巨核細胞來源自骨髓。

其次,研究人員將帶有螢光巨核細胞組細胞的肺移植入了血小板計數較低的突變小鼠。移植後,小鼠體內爆發了一波綠色螢光,並將血小板計數迅速拉回到正常水平,並維持了數月之久。這遠遠超過了單個巨核細胞或血小板的壽命。因此,這些結果表明,進入突變小鼠體內的那些熒光巨核細胞組細胞在它們體內得到了激活,從而能生產健康的巨核細胞,重塑血小板的生產。

肺部參與血小板合成的模型(圖片來源:《自然》)

最後,研究小組將所有細胞都被螢光標記的、健康的肺移植到骨髓缺乏正常血液幹細胞的突變小鼠中。結果發現,來自移植肺的螢光細胞快速轉移到受損的骨髓處。這些細胞不僅促成了血小板的生成,還生成了各種血細胞,包括嗜中性粒細胞、B細胞、T細胞等免疫細胞。這一實驗表明,肺部包含多種多樣的血液祖細胞和干細胞,這些細胞能夠修復受損的骨髓以及許多血液組成的產生。

「據我們所知,這是首個描述肺部血液組細胞的研究,它或許與數百萬患有血小板減少症的人息息相關,」Looney教授說道:「我們見到,許多造血幹細胞並不是待在一處,而是隨著血流周游全身。也許在不同器官中研究幹細胞,會成為未來的一部分。」

脾臟中的巨核細胞可能是肺部巨核細胞的來源(圖片來源:《自然》)

另一些科學家們認為,這項研究對於了解人類的許多疾病有著重要意義。同時,它也促使科學家們思考,這會對人類肺移植手術產生怎樣的影響。

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(本文經原作者醫谷授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為〈Nature驚人發現:肺竟然是造血器官〉。)