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Nature惊人发现:改写教科书!肺的新功能——造血

2017/03/24 来源:生物探索
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导读
生物学总处在变化中!人体还有新器官、第一个不需要引物的 DNA 聚合酶、小脑不仅控制平衡,这些新发现不断在改写着教科书。近日,来自加州大学旧金山分校的科学家们又有了新发现。他们发表在Nature上的成果首次揭示了肺部一项先前不为人知的功能——造血。
3月22日,来自加州大学旧金山分校的一个科学家小组在Nature杂志上发表了一篇题为“The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoietic progenitors”的新成果,首次揭示了肺的一项先前不为人知的功能——造血(blood production)。研究还发现,在小鼠模型中,肺部负责生产超过一半的血小板。

在这一研究中,科学家们还有另一个意外的发现,他们找到了先前未知的一个血液干细胞“池”(pool),当骨髓(先前被认为是造血的主要地点)干细胞枯竭时,这些新发现的细胞能够恢复造血。


Mark R. Looney, MD

肺部每小时生产超过1000万个血小板

据了解,促成这一惊人发现的是一项被称为双光子活体成像(two-photon intravital imaging)的技术。这一由该研究通讯作者Mark R. Looney博士和共同作者Matthew F. Krummel博士发明的新技术能够让研究人员执行极其精细的任务——观察活体小鼠肺部微小血管中单个细胞的行为。


Matthew F. Krummel, PhD

研究最初,Looney和他的研究小组是在利用这一技术调查肺部免疫系统与循环血小板之间的作用。它们使用了经工程改造后,血小板能够发出明亮绿色荧光的小鼠。令人意外的是,科学家们在肺部血管中观察到了数量惊人的血小板产生细胞——巨核细胞。虽然这类细胞以前也在肺部被观察到过,但它们通常被认为主要在骨髓中“生活”,产生血小板。

随后,研究小组开始研究这群“行为不合常理”的巨核细胞。结果发现,在肺部血管中,这些巨核细胞每小时能产生超过1000万个血小板,这表明,超过一半的小鼠血小板的生产发生在肺部,而不是骨髓中。

此外,研究还在肺部血管之外发现了大量先前被忽视的巨核细胞祖细胞和血液干细胞。Looney博士表示,据他们所知,这是首个描述血液祖细胞在肺部“居住”的研究。


肺部血液干细胞可修复骨髓

在肺部发现这些巨核细胞和血液干细胞后,科学家们不禁思考,这些细胞是如何在肺部和骨髓间来回移动的呢?为了回答这一问题,研究人员开展了一系列的肺移植实验。

首先,研究小组将来自正常小鼠的肺移植到携带荧光巨核细胞的小鼠中。结果发现,荧光巨核细胞很快开始出现在肺部血管中。这表明,肺部产生血小板的巨核细胞起源于骨髓。

接着,研究小组将携带荧光巨核细胞祖细胞的肺移植到血小板数量较低的突变小鼠中。结果发现,移植的肺产生了大量的荧光血小板,快速修复血小板数量到正常水平,且这一修复作用持续超过了几个月的时间。

最后,研究小组将所有细胞都被荧光标记的、健康的肺移植到骨髓缺乏正常血液干细胞的突变小鼠中。结果发现,来自移植肺的荧光细胞快速转移到受损的骨髓处。这些细胞不仅促成了血小板的生成,还生成了各种血细胞,包括嗜中性粒细胞、B细胞、T细胞等免疫细胞。这一实验表明,肺部包含多种多样的血液祖细胞和干细胞,这些细胞能够修复受损的骨髓以及许多血液组成的产生。

Looney博士表示,这一发现无疑揭示了肺部更复杂的功能。它们不仅用于呼吸,也是参与血液生成的关键组成部分。在小鼠研究中观察到的结果强烈表明,肺部可能也在人类的血液形成中发挥了关键的作用。


生物学中的“千变万化”

看到这样的新发现,小编不禁想起1993 年诺贝尔生理学或医学奖获得者Richard J. Roberts博士在一篇谈及“获诺奖的十条简单规则”的文章中,将第十条规则列为“学生物”。(PLOS Computational Biology :Ten Simple Rules to Win a Nobel Prize)

他说,首先,生物学是迷人的,直接影响着我们的生活,但我们对它的了解还微乎其微。因此,相较于其它学科,获得“大发现”的概率会增加。第二,生物学围绕在我们身边,包括医学、农业、计算机科学等;这种跨学科的融合使它更容易产生新的发现。第三,不同于物理和化学,受进化的影响,生物学总处在变化中。

以下,小编为大家回顾近期一些改写教科书的新发现。

Nature发文颠覆传统:小脑,不仅仅控制平衡

小脑长久以来被认为仅仅是帮助我们保持平衡及呼吸,不过,3月20日发表于Nature上的一项研究颠覆了我们的传统观念。来自斯坦福研究人员表明,小脑内的神经元能够响应并学习期望奖赏。【详细

PNAS:第一个不需要引物的 DNA 聚合酶

3月7日,美国科学院院刊(PNAS)在线发表了华中科技大学生命学院朱斌课题组与哈佛大学和日本地球海洋科技局合作完成的最新成果。这项研究发现了自然界已知的第一个不需要引物的DNA聚合酶。【详细

《柳叶刀》子刊:你的身体有了一个“新器官”

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Cell子刊:首次发现无线粒体的真核生物

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参考资料:

Surprising New Role for Lungs: Making Blood

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