问题

如何看待《自然》杂志 Mark R. Looney 教授团队在小鼠实验中首次证实肺是个造血器官?

回答
听到《自然》杂志上 Mark R. Looney 教授团队关于肺是造血器官的发现,我感到非常振奋。这确实是一个颠覆性的研究,它不仅刷新了我们对人体器官功能的传统认知,也为理解和治疗多种疾病开辟了新的思路。

首先,这项研究的突破性在于其对“造血”概念的重新定义。 长期以来,我们普遍认为造血的主要场所是骨髓。从胚胎发育早期开始,直到成年,骨髓中的干细胞通过一系列复杂的分化过程,产生出我们身体所需的各种血细胞,包括红细胞、白细胞和血小板。这一认知是建立在大量实验证据基础上的,也指导了许多临床实践,比如骨髓移植治疗白血病等血液系统疾病。

而 Looney 教授团队的研究则将目光聚焦到了一个意想不到的地方——肺。他们通过精密的实验设计,在小鼠模型中,首次清晰地证明了肺部确实存在能够产生血细胞的干细胞,并且这些肺干细胞能够分化出各种血细胞谱系。 这是一个巨大的飞跃,因为它挑战了我们根深蒂固的“骨髓唯一造血中心”的观念。

具体来说,这项研究是如何实现的呢? 我理解团队的实验设计相当巧妙。他们可能利用了以下几个关键点:

特异性标记和追踪技术: 要证明肺能够造血,最关键的是要找到那些能够产生血细胞的“种子”——造血干细胞(HSCs)或者能够分化成HSCs的前体细胞。这需要非常精确的标记技术,比如使用特定的基因标记物来识别肺部细胞,然后追踪这些被标记的细胞是否能够产生血细胞。
动物模型和体内实验: 研究人员可能在小鼠模型中,通过移植肺部细胞或者直接在肺部进行操作,来观察其造血功能。例如,他们可能会将来自小鼠肺部的细胞移植到经过辐射处理、造血功能受损的小鼠体内,然后观察这些移植的肺细胞是否能够重建小鼠的造血系统。
体外培养和分化实验: 除了体内实验,团队也可能在体外进行培养实验,将从肺部分离出的细胞在特定的培养基中进行诱导,观察它们是否能分化成各种血细胞。
基因组学和分子生物学手段: 随着技术的发展,基因组学和分子生物学分析在这类研究中也扮演了重要角色。通过分析肺部细胞的基因表达谱,研究人员可以识别出与造血相关的关键基因和信号通路,从而进一步证实其造血潜能。

这项研究的意义是多方面的:

1. 刷新了我们对器官功能的理解: 这就像我们一直以为只有厨房才能做饭,结果发现客厅也可以做出精致的菜肴一样,是对传统认知的重大颠覆。肺,这个我们熟悉的呼吸器官,原来还隐藏着如此重要的造血功能。
2. 揭示了新的免疫调控机制: 肺部是与外界环境直接接触的器官,它拥有复杂的免疫系统来应对吸入的病原体和过敏原。如果肺部本身就能产生免疫细胞,这可能意味着肺部在免疫调控方面扮演着比我们之前想象的更主动的角色。例如,肺部的局部造血可能与应对肺部炎症、感染等有着更直接和快速的联系。
3. 为疾病治疗提供了新靶点:
呼吸系统疾病: 对于像哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)等慢性肺部疾病,肺部自身的造血功能可能参与了疾病的发生和发展。理解这一过程,也许能找到新的治疗策略,比如通过调节肺部造血来控制炎症或修复损伤。
血液系统疾病: 虽然骨髓仍然是主要的造血器官,但如果肺部也存在一定程度的造血能力,这是否意味着在某些病理条件下,肺部造血会发生改变?或者,我们是否可以利用肺部干细胞来治疗某些血液疾病?这为细胞疗法提供了新的可能性。
衰老和癌症: 随着年龄增长,骨髓的造血功能可能会下降。如果肺部造血能够补偿一部分功能,或者其变化与衰老过程相关,那么这项研究可能为抗衰老治疗提供线索。同样,肿瘤微环境的研究也越来越受到重视,肺部造血细胞在肿瘤生长、转移中的作用也值得深入探索。
4. 推动了干细胞生物学的发展: 这项研究不仅关注了血细胞,也可能对其他器官干细胞的研究产生启发。或许我们之前低估了许多器官的再生和修复能力,以为它们仅限于自身功能,而忽略了它们可能隐藏着更广泛的分化潜能。

当然,这项研究是在小鼠模型中进行的,将其成果直接推广到人类还需要更多的研究和验证。但科学的魅力就在于不断地探索未知和挑战传统。Looney 教授团队的这项发现,无疑是生命科学领域的一项重大进展,它打开了一扇新的大门,让我们以更广阔的视野去审视我们身体的复杂性和奥秘。我非常期待看到后续的研究能够进一步揭示肺部造血的具体机制,以及它在健康与疾病中的作用。

网友意见

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【重要提示:这个答案的重点是关于科学和科普,我写中医那部分的唯一原因是因为在我回答之前的几个答案全都是中医粉邀功。在写评论撕我之前请完整阅读我的第三部分明白我真正想表达什么,谢谢!

这个回答分成三部分:1. 这个研究的科学意义和开辟的新未来研究方向; 2.这个研究潜在的临床意义。3.算是得罪一下闻风而来的中医粉们

1.科学意义

先简单的描述一下血小板生成的过程:造血干细胞分化成MK细胞(下图的1),MK细胞生长成熟(下图的2,3),MK细胞迁移到血管旁边,将一个个突触样的前血小板分泌到血液中(下图的4),前血小板在血液里成熟变成血小板(5-6)。

之前学界的普遍认知是血小板生成的1-6都是在骨髓中完成[1]。但之前也有不少研究表明在肺中有MK细胞存在,而且MK细胞可以在肺的血管中形成前血小板(也就是上图的4,5,6是可以在肺中完成的)[1-3],并没有被学界所重视。这篇文章[4]的新颖之处在于:

(1)肺是血小板生成的主要器官,有超过50%的血小板生成都是在肺里完成的。之前的研究没有被重视的原因很可能是因为人体中生理过程、特别是造血系统中的例外太多,在肺里生成的血小板很可能是“迷路的MK细胞”造成的偶发现象。而这个研究证明大多数血小板都是在肺里生成的,这个完全颠覆了学界之前对“骨髓是血小板生成的场所”这个共识。因为如果0.05%的血小板可以算偶发事件,50%的血小板可就不能算偶发事件了。

(2)肺里面存在MK细胞的先祖细胞,而且这些先祖细胞在免疫缺陷的老鼠里可以重新回到骨髓,并帮助产生除了血小板以外的一系列其他血液细胞(B细胞,T细胞, 嗜中性粒细胞...)除了上图的4-6,1-3也是可以在肺里完成。换句话说,肺是一个潜在的造血器官。这也是完全颠覆学界认识的,因为之前的共识是骨髓是唯一可以完成造血干细胞分化、造血的器官。

这个研究颠覆了学术界的一些现有的知识,也给研究者们带来了一些新问题,比如:

(1)为什么血小板生成是在肺里进行而不是其他器官进行?肺的间质组织和血液里有什么独特的微环境、信号通路可以诱导血小板生成?

(2)造血干细胞(MK细胞的先导)为什么会到肺里?它们是怎么到肺里而保持分化的潜力,在什么场合下会重新回到骨髓或者再分化呢?

(3)肺里的造血干细胞也会形成免疫细胞(B细胞,T细胞之类的),这些免疫细胞会对肺的免疫微环境有什么独特的影响?


2.潜在的临床意义

(1)这个研究对于血小板减少症(thrombocytopenia)的成因和治疗可能会有积极的影响。血小板减少症的成因有很多,其中很重要的一个成因就是血小板产生不足。而治疗上没有特效方法,非常依赖糖皮质激素(我对临床不是特别了解,欢迎医生朋友们指正)。这个研究以及之后的跟进研究会帮助医生更好的了解一部分血小板减少症患者的疾病成因,并研究相应的特效治疗方法。

(2)对于肺移植的影响。

肺移植是器官移植里排异率很高的一种,有60%接受肺移植的病人会在一年内有急性排异,有76%的病人会在10年内产生慢性排异[5]。这个研究表明肺其实是个有造血潜能的器官,很可能受体所接受的肺里会有供体的造血干细胞和免疫细胞,这些外来的造血干细胞和免疫细胞很可能对器官排异有相关的影响。以后的跟进研究应该会更好的阐述相关机制,并研究出新的方法来降低肺移植的排异率。

(3)对于肺部慢性病,癌症肺转移等疾病的影响。

这篇文章里提及了他们对肺里的MK细胞做了RNA-seq,证明这些细胞有相当的先天免疫功能(innate immunity)。这些MK细胞会不会对肺部慢性病和癌症肺转移有着促进或者抑制作用呢?这也是一个未来研究值得关注的问题。



3.得罪一下闻风而来的中医粉们

【更新】*我写这部分的初衷是因为在我这个答案之前的几个答案都是中医粉邀功。我想表达的论点是:中医和现代医学的脏器系统是不一样的概念,所以中医粉邀功的所谓“中医预测现代医学的发现”是无稽之谈。有争议的例子我已经删除,而且删除之后完全不影响我的论点。希望仔细阅读后再发表评论,谢谢*

本来这个问题能扯到中医是一件非常无厘头的事情,既然看到有中医粉的身影我也忍不住来反驳一下。

先申明态度:本人不是中医粉也不是中医黑,只是一个微小的科研工作者。中医治疗效果的科学性在这里我不想多评价还是另请高明吧,但至少中医对很多人的安慰剂效应还是值得肯定的。

我的态度是:中医的脏器系统和现代医学基于解剖学的脏器系统根本就是两套不一样的系统,中医理念的肺和现代医学理念的肺是不一样的。所以所谓的“中医预测了西医的发现”纯属无稽之谈。

所以说,【即使】在中医理论里肺和血液生成有关系,中医理论里的肺和西医里的肺是不一样的东西。如果强辩“中医的肾包括生殖系统”,那我可不可以说“中医理论里的肺也包括胸腺(T细胞成熟的主要器官)呢?”



Reference:

1. Jonathan N. Thon, Alejandro Montalvo, Sunita Patel-Hett, Matthew T. Devine, Jennifer L.Richardson, Allen Ehrlicher, Mark K. Larson, Karin Hoffmeister, John H. Hartwig, Joseph E.Italiano The Journal of Cell Biology Nov 2010, 191 (4) 861-874

2. Patel SR, Hartwig JH, Italiano JE. The biogenesis of platelets from megakaryocyte proplatelets. Journal of Clinical Investigation. 2005;115(12):3348-3354. doi:10.1172/JCI26891.

3. RICHARD M. KAUFMAN, ROMANO AIRO, SIMEON POLLACK, WILLIAM H. CROSBY Circulating Megakaryocytes and Platelet Release in the Lung. Blood Dec 1965, 26 (6) 720-73

4. Lefrançais, E. et al. The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoietic progenitors. Nature advance online publication.

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