一项最新研究揭示了骨髓微环境中干细胞层次结构的秘密，富含一氧化氮（NO）的干细胞（NOhi HSCs）在骨髓特殊血管微环境中重塑再生医学和免疫疗法，调控干细胞层次结构和免疫耐受机制，为提升干细胞治疗效果提供新思路。该研究发表于《自然》杂志。
骨髓微环境与干细胞研究背景：争议与探索的必要性
骨髓干细胞所处的微环境是特化的微生态系统，干细胞在此与各种细胞和分子成分相互作用，以调节自身功能。目前已知的骨髓微环境类型包括内皮和窦状区域等。
然而，这些微环境在干细胞层次结构和免疫耐受中的具体作用却存在争议。例如，近期研究虽表明微环境能强制执行造血干细胞（HSCs）之间的层次结构，影响其再生能力和免疫特性，但具体机制尚不明确。而且，像在睾丸和胎盘等组织中观察到的免疫特权现象，虽提示了干细胞保护的潜在机制，但其关联和细节仍需深入探究。过往研究强调了特定微环境中调节性T（Treg）细胞和免疫抑制分子作为免疫耐受的关键贡献者，但这只是揭开了冰山一角。所以，进一步的研究对于解决这些不确定性、探索治疗意义至关重要。
NOhi HSCs的独特再生模式研究：探秘“睡美人”样重建模式
研究人员为揭开NOhi HSCs的神秘面纱，采用了多种转基因小鼠模型，如C57BL/6J、BALB/cJ和B10.A小鼠，以及特定转基因品系如瘦素受体 - cre重组酶（Lepr - cre）、神经胶质抗原2 - cre雌激素受体（Ng2 - creERTM）和磷酸二酯酶4D相互作用蛋白 - cre雌激素受体（Pdzk1ip1 - creER）。所有小鼠均在特定病原体自由条件下饲养，实验在6 - 12周龄的小鼠上进行，他莫昔芬处理用于特定模型中的条件删除，以确保基因操作的高效性。
在研究过程中，流式细胞术发挥了重要作用。研究人员通过压碎胫骨和股骨提取骨髓细胞，并用红细胞裂解缓冲液处理，然后用荧光标记的抗体染色，针对标志物如CD200受体（CD200R）、干细胞抗原1（SCA1）和信号淋巴细胞活化分子家族成员1（CD150）。使用4 - 氨基 - 5 - 甲基氨基 - 2′,7′ - 二氟荧光素（DAF - FM）等特异性染料检测NO水平，其他染料评估线粒体活性和自噬。对于细胞内分析，固定后的骨髓细胞被透化并用针对内皮型一氧化氮合酶（eNOS）和微管相关蛋白1A/1B轻链3β（LC3B）的抗体染色。骨髓间充质细胞也通过标记如CD200和血管内皮生长因子受体（VEGFR）进行了类似分析。样品通过高级流式细胞术系统处理，并使用FlowJo软件分析。
移植试验则进一步探究了高NO（NOhi）和低NO（NOlow）HSCs的再生潜力。根据NO水平分选的HSCs与竞争骨髓细胞一起注射到辐照小鼠体内。最终，这些实验揭示了NOhi HSCs特有的“睡美人”样重建模式，即初期处于休眠状态，随后在晚期阶段，特别是连续移植后，重新激活并展现出强大的再生潜力。连续移植研究评估了长期植入和层次属性，未处理的受体还接受了1,1' - 二十八烷基 - 3,3,3',3' - 四甲基吲哚羰花青高氯酸盐（DiD）标记的HSCs以评估归巢和存活。共焦显微镜提供了骨髓血管和细胞定位的三维成像，成像证实NOhi HSCs优先与富含于干骺端的CD200hi毛细血管相互作用，这一特征使这些微环境与其他如type - H血管和窦状结构区分开来。标志物如CD200用于识别毛细血管，而HSCs则通过特定荧光报告器可视化。统计分析确认了实验结果的可重复性和显著性。
特殊骨髓微环境的关键作用剖析：相互作用构建层次结构
研究结果显示，CD200hi毛细血管、eNOS信号和自噬之间存在着紧密的相互作用，共同建立了骨髓内的层次结构。约占骨髓HSCs 10 - 15%的NOhi HSCs具有独特的特性，它们表现出高自噬活性、低线粒体超氧水平和增强的抗氧化性能，这确保了它们的长期活力和功能。
NOhi HSCs高度静止，表达免疫调节分子如CD200R，并在时间上表现出强劲的重建能力，特别是在连续移植后。它们主要定位于与纤毛、CD200hi毛细血管相关的特殊骨髓微环境中，且优先与这些毛细血管相互作用，而较弱的NOlow HSCs则靠近type - H血管和窦状结构。
功能研究表明，条件删除内皮细胞中的CD200或纤毛相关蛋白IFT20会损害NOhi HSC的维持，降低eNOS水平，并减弱自噬活性，进而导致骨髓细胞数目显著下降、再生能力和免疫耐受性降低。进一步分析表明，NOhi HSCs维持高水平的基础和诱导自噬活动，支持其静止和再生功能。NOhi HSCs中的eNOS消耗会破坏自噬过程，降低线粒体超氧水平，并消除其后期上升的重建能力，突显了CD200R - eNOS - 自噬轴在调节NOhi HSC功能中的关键作用。
在免疫耐受方面，NOhi HSCs在同种异体环境中更具弹性，这得益于其与免疫保护微环境的关联。CD200hi毛细血管维持活化的调节性T细胞池，并表达高水平的免疫检查点分子，有助于NOhi HSCs的免疫特权。删除血管中的CD200或IFT20损害了免疫保护，降低了NOhi HSCs在同种异体受体中的植入率。
研究表明NOhi HSCs是高度免疫特权的原始干细胞，受独特血管微环境调控。其“睡美人”样再生模式及相关特性具有临床相关性，血管微环境在维持干细胞稳态和免疫耐受中起关键作用，为再生医学和移植治疗提供新策略。
相关科普知识
骨髓是人体重要的造血和免疫器官，其中的干细胞具有自我更新和分化成各种血细胞的能力。微环境对干细胞的功能和命运起着至关重要的作用。一氧化氮（NO）是一种在生物体内具有多种生理功能的气体信号分子，它在调节细胞代谢、免疫反应等方面发挥着重要作用。自噬则是细胞内的一种自我降解过程，有助于维持细胞内环境的稳定。了解这些知识，有助于我们更好地理解骨髓微环境中干细胞的奥秘，以及相关研究的重要意义。
