来自弗莱堡马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所及苏黎世联邦理工学院的研究人员创建了首张综合图谱，详细描述了人类血液干细胞在衰老、分化或癌变时的代谢和分子变化。他们创新性的研究利用高灵敏度低输入技术，确定了营养素胆碱在保持干细胞年轻特征方面的关键作用。这项工作对干细胞健康和疾病提供了深刻的见解，表明了在营养和治疗干预方面维持健康血液系统的有希望的方向。
造血干细胞（HSCs）是藏匿在骨髓中的稀有细胞。它们具有产生每种类型血细胞的独特能力，从携带氧气的红细胞到抵抗感染的免疫细胞。造血干细胞对于保持我们的健康至关重要。然而，随着年龄的增长或如白血病等疾病的发生，它们非凡的再生能力可能会下降或被打乱，使我们的血液和免疫系统容易受到攻击，尤其是在压力条件下。
但是，当我们在成长过程中或者疾病来袭时，血液干细胞是如何变化的呢？来自弗莱堡马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所和苏黎世联邦理工学院的一项新研究现在提供了这些稀有细胞的新陈代谢和分子程序的首个综合视图，揭示了这些内在特征如何在细胞分化、老化或癌变时发生变化。
这些发现发表在《自然细胞生物学》杂志上。
结合高度敏感的“低输入”方法
研究这些细胞并非易事。到目前为止，深入了解造血干细胞的代谢概况一直是一个巨大的挑战。由于它们的稀有性和人体骨髓样本的有限可用性，很难进行综合分析。
"为了克服这个问题，我们开发了高灵敏度的技术，使得从极少量细胞中获得有意义的代谢数据成为可能。这使我们能够使用比传统方法少得多的细胞来测量数百种代谢物和脂质，"该研究的两位第一作者之一Maria-Eleni Lalioti说。
通过将收集的代谢数据与基因表达谱整合，团队创建了一个全面的细胞化学过程和基因活动的"地图"，使他们能够追踪血液干细胞在不同健康阶段、衰老和疾病期间的变化。
"例如，我们可以发现，人类干细胞的代谢活性低于其更成熟的后代。我们发现用于能量生产、构建细胞部分和制造氨基酸所需的代谢物较少。这符合干细胞通常处于休眠状态以保护自身及其能力的事实，"Nina Cabezas-Wallscheid教授说。
干细胞增强剂
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。健康的干细胞含有高水平的胆碱，而细胞分化时减少，并随着衰老和白血病进一步减少。
"我们的实验室实验表明，补充胆碱可以促进脂质生产并帮助保留更年轻的、类似干细胞的身份，这表明特定的营养素可能是维持干细胞功能的关键，"共同第一作者Mari Carmen Romero-Mulero说。
研究还揭示了血液干细胞脂质组成的改变，这会改变细胞的膜结构并影响它们感知和响应周围环境的方式。"这些发现为探索新陈代谢不仅塑造细胞内部机制而且影响其与环境的相互作用提供了新的方向，"共同通讯作者Jörg Büscher说。
研究表明，人类血液干细胞在分化、衰老或患病时会发生根本性的代谢变化。这些变化可以重塑它们的身份和行为。"这提出了一个有趣的问题，即有针对性的营养是否可以帮助保持干细胞健康，以及代谢干预是否可以支持白血病治疗或促进健康老龄化，"Cabezas-Wallscheid说。
Cabezas-Wallscheid实验室的数据为这一领域的进一步研究提供了宝贵的资源。通过绘制新陈代谢如何指导人类血液干细胞的命运，这项研究为旨在维持干细胞功能的未来疗法奠定了基础 - 帮助我们的血液系统更长时间地保持健康。
更多信息：Maria-Eleni Lalioti等人，分化、衰老和白血病改变了人类骨髓造血干细胞和祖细胞的代谢谱，《自然细胞生物学》(2025)。DOI: 10.1038/s41556-025-01709-7
期刊信息：《自然细胞生物学》
提供：马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所
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