在骨髓中，造血干細(xì)胞會在不同成熟階段，通過祖細(xì)胞產(chǎn)生大量的、各種各樣的成熟血細(xì)胞。最近，來自德國癌癥研究中心（DKFZ）的科學(xué)家開發(fā)出一種方法，給小鼠造血干細(xì)胞添加熒光標(biāo)記，可以從外面打開這個(gè)熒光標(biāo)記。他們使用這一工具，首次在一個(gè)活的有機(jī)體內(nèi)觀察到，干細(xì)胞在正常情況下如何分化為成熟的血細(xì)胞。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，他們開發(fā)出一種造血動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。研究人員將相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2月11日的《自然》雜志（Nature），他們報(bào)道稱，血液生成的正常過程，與科學(xué)家使用干細(xì)胞移植數(shù)據(jù)所假設(shè)的過程不同。

       自古以來，人類已經(jīng)知道血液對于生命是如何的重要。自然主義者數(shù)千年來一直都在推測人體血液供應(yīng)的來源。幾個(gè)世紀(jì)以來，肝臟被認(rèn)為是產(chǎn)生血液的地方。然而，在1868年，德國病理學(xué)家Ernst Neumann在骨髓中發(fā)現(xiàn)了未成熟的前體細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)骨髓原來是血細(xì)胞形成的真正部位，也被稱為造血作用。延伸閱讀：利用造血干細(xì)胞再生能力的關(guān)鍵蛋白。

       德國癌癥研究中心的Hans-Reimer Rodewald教授說：“然而，在過去的幾十年里，對造血作用的幾乎所有研究都存在一個(gè)問題，那就是，研究受細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)或小鼠移植的限制。我們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出第一個(gè)模型，我們可以在一個(gè)活的有機(jī)體內(nèi)，觀察干細(xì)胞成長為成熟的血細(xì)胞。”

       Rodewald研究小組的Katrin博士，通過將一個(gè)蛋白導(dǎo)入發(fā)出黃色熒光信號的造血干細(xì)胞中，開發(fā)出轉(zhuǎn)基因小鼠。通過給予動物特定的試劑，該熒光標(biāo)記可以隨時(shí)被打開。相應(yīng)的，由含有標(biāo)記的細(xì)胞產(chǎn)生的所有子細(xì)胞，也發(fā)出光信號。

       當(dāng)Busch打開成年動物中的標(biāo)記時(shí)，他們可以看到，至少有三分之一（約5000細(xì)胞）的小鼠造血干細(xì)胞產(chǎn)生分化型祖細(xì)胞。Busch說：“這是第一個(gè)驚喜。直到現(xiàn)在，科學(xué)家一直認(rèn)為，在正常狀態(tài)下，很少有干細(xì)胞——大約只有10個(gè)——積極參與血液的形成。”

       然而，熒光標(biāo)記要均勻擴(kuò)散到外周血細(xì)胞，需要一段很長的時(shí)間，甚至超過了老鼠的壽命。系統(tǒng)生物學(xué)家Thomas H?fer及其同事對這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，以深入闡釋造血干細(xì)胞的動力學(xué)。他們的分析結(jié)果出人意料，在正常情況下，血細(xì)胞的補(bǔ)充并不是由干細(xì)胞本身完成。相反，它們實(shí)際上是由下一個(gè)分化步驟過程中發(fā)展的第一代祖細(xì)胞提供的。這些細(xì)胞能夠自我再生很長一段時(shí)間——但不像干細(xì)胞的時(shí)間那么長。為了確保該類型細(xì)胞群永不用完，造血干細(xì)胞必須不定期地產(chǎn)生一些新的祖細(xì)胞。

       然而，在小鼠胚胎發(fā)育過程中，情況是不同的：為了構(gòu)建系統(tǒng)，各種成熟的血細(xì)胞和免疫細(xì)胞要發(fā)展的更加迅速，并且?guī)缀跞縼碜愿杉?xì)胞。

       通過人為消耗成年動物的白血細(xì)胞，研究人員也能夠在它們當(dāng)中加快這一過程。在這些條件下，造血干細(xì)胞可增加第一祖細(xì)胞的形成，然后立即開始提供新的、成熟的血細(xì)胞。在這個(gè)過程中，會比長壽淋巴細(xì)胞（T細(xì)胞，B細(xì)胞，自然殺傷細(xì)胞）形成高幾百倍的所謂髓系細(xì)胞（血小板，紅細(xì)胞，粒細(xì)胞，單核細(xì)胞）。

       Rodewald 解釋說：“當(dāng)我們將我們的標(biāo)記造血干細(xì)胞從骨髓移植入其他小鼠后，在受體小鼠中只有很少的干細(xì)胞被激活，許多干細(xì)胞丟失了。因此，我們的新數(shù)據(jù)表明，到目前為止使用移植干細(xì)胞得到的結(jié)果，肯定無法反映正常的造血功能。相反，移植是一個(gè)例外。這表明，在正常情況下我們能觀察到一個(gè)活有機(jī)體中的造血作用，是多么的重要。”

       現(xiàn)在，Rodewald部門的科學(xué)家，與Thomas H?fer共同合作，也計(jì)劃使用新的模型來探討致病性挑戰(zhàn)（例如，癌癥、惡病質(zhì)或感染）對血液產(chǎn)生的影響。這種方法也使他們能夠?qū)ρ焊杉?xì)胞中發(fā)生的潛在老化過程進(jìn)行詳細(xì)觀察，因?yàn)樗鼈冏匀话l(fā)生在一個(gè)活的有機(jī)體內(nèi)。