造血干细胞（白色）在骨髓中与血细胞（蓝色和红色）一同呈现，这些干细胞负责生成人体内所有血细胞。图片来源：哥伦比亚干细胞计划Passegué实验室，Brian Heubel。
哥伦比亚大学研究人员发现了一个能在紧急情况下开启快速生成血细胞的"开关"，这一发现有望帮助科学家开发针对衰老和某些最难治疗的血液癌症的新疗法。
这一过程被称为"紧急髓系造血"，对创建抵抗入侵病毒和细菌的免疫细胞大军至关重要。在创伤性损伤或手术后，它也会启动，产生修复损伤所需的白细胞，以及其他多种情况下的应急反应。
但当应急系统无法恢复正常或无端启动时，白细胞的生成就会出现故障，炎症变得失控。过度活跃的紧急髓系造血被认为会加剧加速衰老的炎症，并被认为可能促进癌症的发展。
哥伦比亚干细胞计划主任Emmanuelle Passegué表示："血液系统遍布全身，很明显，关闭失控的紧急髓系造血可能是治疗多种疾病的重要方法。"Passegué与她的助理研究员James Swann以及系统生物学系数学基因组学项目主任Raul Rabadan及其团队共同领导了这项研究。
发现这个开启开关意味着关闭紧急髓系造血可能比先前认为的要容易得多。
Passegué解释道："各种不同的刺激都能开启应急系统，许多人认为每种刺激可能通过不同的机制起作用。为每种情况开发特定疗法将是一项艰巨的任务。詹姆斯发现，所有刺激都使用共同的分子通路，或者说只有一个开关开启紧急髓系造血，这可能会加速抑制剂的发现。"
与血液癌症的关联
该团队关于单一开关的发现已发表在《细胞干细胞》杂志上，它还揭示了紧急髓系造血如何与一种致命的血液癌症——急性髓系白血病相关联。
Swann发现，许多急性髓系白血病(AML)患者的细胞中含有一种表明应急系统已被开启的特征，具有这种特征的患者预后更差。
Passegué表示："这表明在急性髓系白血病中，紧急髓系造血已被'劫持'，导致更严重的疾病。目前，我们尚未确定药物靶点，但这是这项工作的下一步。"
合作的力量
发现紧急髓系造血的单一开启开关，只有在单细胞RNA测序技术兴起的情况下才成为可能，该技术可以捕捉每个细胞在应对挑战时的状态，以及用于分析数万个细胞的新计算工具。
Swann表示："多年来，我们的实验室和其他实验室从这些细胞中收集了大量数据，我认为在这些数据中的某个地方，我们会找到标记这些细胞如何被激活的特征。"
与Rabadan实验室的计算科学家Jun Hou Fung和Ziwei Chen合作，Swann首先创建了一个名为HemaScribe的统一分类系统，根据RNA转录物识别每个细胞。随后，Swann使用标准化的细胞数据构建了一个地图（称为HemaScape），预测细胞如何从干细胞发育成不同类型的成熟血细胞时相互连接。
构建这些预测地图需要两个团队共同努力。
Passegué强调："要获得既能进行可测试预测又能准确反映我们对这些细胞已知知识的地图，确实需要计算科学家的专业知识和我们对这一过程的生物学理解。"
有了这张地图，Swann和Passegué就能看到紧急髓系造血如何改变血细胞系统，揭示单一的激活开关。
Swann坦言："在我博士生涯开始时，有人告诉我，'学习编程，因为这很重要。'我当时认为，'荒谬的建议。我永远不需要这样做。'但这些大型数据集蕴含巨大潜力，能够自己分析它们变得越来越重要。"
Swann和Passegué已将HemaScribe和HemaScape免费提供给研究社区，该社区已经开始使用它们来加速自己的研究。
Swann展望道："有了这些工具，研究人员还将能够应用人工智能来预测有趣的药物靶点，并揭示隐藏在大数据集中的新生物学现象。这就是这些工具的真正力量所在。"
Passegué补充道："我们现在非常兴奋地将它们应用于血液衰老研究，以及我们如何帮助恢复正常的免疫细胞生成。"
【全文结束】