造血干细胞（Hematopoietic stem cells, HSCs）是一类罕见的骨髓细胞，具备生成所有类型血细胞的独特能力，包括携氧红细胞和抗感染免疫细胞。HSCs对维持人体健康至关重要。然而，随着年龄增长或罹患如白血病等疾病时，这些细胞的再生能力可能下降或遭到破坏，使血液和免疫系统在应激条件下变得脆弱不堪。
但我们的血细胞干细胞在老化或疾病侵袭时是如何发生变化的呢？来自德国弗莱堡的马克斯·普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所（Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics）与瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的一项新研究首次整合了这些稀有细胞的代谢与分子程序视图，揭示了其内部特征如何随细胞特化、老化或癌变而转变。
研究这类细胞绝非易事。迄今为止，深入理解造血干细胞的代谢特征一直面临巨大挑战。由于其数量稀少以及人类骨髓样本的有限性，进行全面分析十分困难。研究的第一作者之一Maria-Eleni Lalioti表示：“为克服这一难题，我们开发了高灵敏度技术，能够在极少量细胞中获取有意义的代谢数据。这使我们能够使用远少于常规方法所需的细胞量来测量数百种代谢物和脂质。”
通过将收集到的代谢数据与基因表达谱整合，研究团队构建了一幅细胞化学过程与基因活动的全面“图谱”，从而追踪血细胞干细胞在健康、衰老和疾病不同阶段的变化情况。Nina Cabezas-Wallscheid教授指出：“例如，我们发现人类干细胞比其更成熟的后代细胞代谢活性更低。它们用于能量生产、构建细胞组件和合成氨基酸的代谢物更少。这与干细胞通常处于静息状态以保护自身功能的事实相吻合。”
最引人注目的发现涉及胆碱——一种存在于鸡蛋、大豆和鱼类等食物中的必需营养素。健康干细胞中胆碱水平较高，而当细胞特化时该水平下降，在衰老和白血病状态下进一步降低。共同第一作者Mari Carmen Romero-Mulero表示：“我们的实验室实验显示，补充胆碱可以促进脂质生成并有助于保持更年轻、更干细胞性的状态，表明特定营养素可能是维持干细胞功能的关键因素。”
研究还揭示了血细胞干细胞中脂质组成的变化，这些变化改变了细胞膜结构，进而影响细胞感知和响应周围环境的方式。共同通讯作者Jörg Büscher指出：“这些发现为探索代谢不仅塑造细胞内部机制，还影响其与环境互动方式提供了新方向。”
研究表明，人类血细胞干细胞在其特化、老化或患病过程中会发生根本性的代谢变化。这些变化可重塑其身份与行为。Nina Cabezas-Wallscheid表示：“这提出了一个引人深思的问题：定向营养是否可以帮助维持干细胞健康？代谢干预是否能辅助白血病治疗或促进健康老龄化？”
Cabezas-Wallscheid实验室的数据为此领域的进一步研究提供了详尽资源。通过描绘代谢如何引导人类骨髓造血干细胞的命运，这项研究为旨在维持干细胞功能、延长血液系统健康的未来疗法奠定了基础。
参考文献： Lalioti ME, Romero-Mulero MC, Karabacz N等. 分化、衰老和白血病改变人类骨髓造血干祖细胞代谢谱. Nat Cell Biol. 2025. doi: 10.1038/s41556-025-01709-7
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