Cell子刊揭示干細胞長壽之謎

　　定位于骨髓中的造血干細胞處在復雜家族樹的頂端。這些干細胞沿著各種信號通路向下分裂，最終會生成血細胞、白細胞和血小板。“子細胞”以大約100萬個/每秒的速度生成，不斷地補充人類的血液供應。

　　研究人員一直想知道是什么讓這些干細胞能夠持續存在達數十年之久，而它們的后代卻只能維持數天，數周或是幾個月，就需要被替換。現在，來自賓夕法尼亞大學的一項研究揭示了使得這些干細胞能夠無盡期分裂的一個機制。研究結果發表在11月21日的《細胞干細胞》(Cell Stem Cell)雜志上。

　　研究人員發現，一種讓肌肉收縮的馬達蛋白幫助了這些細胞進行不對稱分裂，因此在細胞的一部分成為子細胞的同時，另一部分仍然維持干細胞特性。他們的研究結果有可能提供一些關于白血病等血癌類型的新認識，并最終促成一些方法在實驗室中培育出輸血用血細胞。

　　文章的資深作者、賓夕法尼亞大學工程和應用科學學院化學與生物分子工程學系教授Dennis Discher說：“血細胞不斷地耗損并被替換。我們想知道負責生成這些細胞的干細胞是如何能夠維持達數十年而不被耗盡的。”

　　長期以來關于這些細胞接近永生的一種理論解釋是：不對稱分裂，然而對于實現這種分裂的細胞機制卻并不清楚。為了確定導致這種現象的驅動力，研究人員分析了這些干細胞以及它們更快速分裂的后代中所有的表達基因。研究人員認為，只去到分裂細胞一邊的蛋白質有可能發揮作用，隔離了導致另一邊維持干細胞特性的其他關鍵因子。

　　他們看到了馬達蛋白myosin II不同的表達模式，其具有A和B兩種形式。myosin II是一種使得人體肌肉能夠收縮的蛋白質，然而在非肌肉細胞中它也參與了細胞分裂，在細胞分裂之時幫助了細胞膜裂開及閉合。

　　論文主要作者、Discher實驗室成員Jae-Won Shin說：“我們發現干細胞具有兩種類型的myosin 。而最終的紅細胞和白細胞只具有A形式。我們推測，B形式是導致干細胞以一種不對稱形式分裂的關鍵，且通過這種方式使得B形式只存在于干細胞中。”

　　將這些myosins作為他們的首要候選者，研究人員采用不同顏色標記了分裂干細胞中的這些關鍵蛋白，將它們放置到顯微鏡下。

　　Discher說：“我們可以看到myosin IIB去到了分裂細胞的一邊，導致細胞差異性分裂。這就像是一場拔河，擁有B的一邊更用力地拉，維持了干細胞狀態。”

　　研究人員隨后將人類細胞注入到小鼠的骨髓中進行了體內測試。通過遺傳抑制myosin IIB生成，研究人員看到在干細胞和早期后代細胞增殖的同時，下游血細胞的數量在下降。

　　“因為干細胞無法進行不對稱分裂，它們只能以犧牲分化細胞為代價在骨髓中不斷地生成更多的干細胞，”Discher說。

　　研究人員還采用一種藥物暫時性地阻斷了A和B兩種形式的myosin II，發現它提高了非分裂干細胞的比例，且阻止了后代細胞進行更快速地分裂

　　研究人員認為，這些研究發現有可能最終促成在血癌化療之后能夠再生出造血干細胞，或是在實驗室中培育出血液制品。找到一種可以暫時關閉B形式myosin的藥物，而只留下A形式，可使得干細胞對稱分裂生成更多的干細胞，且不會阻止它們的后代細胞進行自身分裂。

　　Shin說：“盡管如此，目前可獲得的、能夠阻斷A和B兩種形式myosin II的藥物可能也能用于臨床。因為現在能夠很容易地利用供體骨髓培養物來富集造血干細胞，后者是重要的移植細胞。了解細胞用來進行分裂的驅動力，可據此利用它們來更好地控制這些細胞。”