科學家發現造血幹細胞"歸巢"祕密：有望破解腫瘤轉移
中國科學家率先揭開造血幹細胞“回家”的祕密，首次發現其領路人。幹細胞“回家”又被稱為“歸巢”，對維持或重塑其細胞命運至關重要。11月20日上午，澎湃新聞從中國科學院上海營養與健康研究院獲悉，該院潘巍峻研究員帶領其研究團隊，在國際上首次高清晰解析了體內造血幹細胞歸巢的完整動態過程，該研究成果於北京時間2018年11月20日凌晨在國際知名學術期刊Nature（《自然》）線上發表。
這是由中國科學家獨立完成的原創性科學發現，研究過程中突破了現有理論及研究體系，為提高造血幹細胞移植效率的轉化研究提出了新理論，開創了新思路。
中科院分子細胞卓越創新中心/生物化學與細胞生物學研究所研究員景乃禾點評稱，這一研究成果在臨床上的應用前景巨大，比如對癌症的研究和治療。眾所周知，腫瘤的原發癌對患者沒那麼危險，通過手術等摘除即可，但腫瘤細胞轉移後形成的次生癌很可怕。那麼，腫瘤細胞是怎麼遷移的？這跟造血幹細胞的歸巢很相像。該研究成果有望對腫瘤細胞的轉移帶來新的啟示，這是該研究成果的重大意義之一。
景乃禾還說，此外，該研究成果對血液病，如白血病的治療帶來新的希望。白血病原來被叫做血癌，常見的治療方案是因為骨髓移植，用“好”的骨髓（造血幹細胞）替換“壞掉”的骨髓。但移植後這些造血幹細胞能不能歸巢，能不能在患者體內增殖、發揮作用，人們以前不知道，只能碰運氣、多移植一些骨髓。但有了這一成果，有望實現精準移植，精準調控，因此可能大大提高骨髓等幹細胞移植的效率、成功率，移植中被浪費的幹細胞也更少，也有望大大改善其治療效果。
景乃禾表示，這是一個基礎研究的突破，未來會在維護人類健康上發揮重要作用。
造血幹細胞歸巢停留“熱點區域”的三維重構模型（紅色代表造血幹細胞，藍色代表動脈，綠色代表靜脈。）
人體所有型別的血液細胞來自造血幹細胞。“歸巢”通常指迴圈系統中的特定細胞類群，如造血幹細胞，定向遷移至生物體組織或器官微環境，維持或重塑其細胞命運的生命過程。
基於其造血幹細胞歸巢能力的造血幹細胞移植已在臨床被廣泛應用於血液、免疫和腫瘤等重大疾病的治療。但歸巢在體內生理情況下究竟如何發生，歸巢的微環境究竟是何種結構，微環境細胞又是如何幫助造血幹細胞歸巢的等一系列關鍵科學原理依然知之甚少，嚴重製約了臨床造血幹細胞移植等相關技術的發展。
“先導細胞”引導造血幹細胞進入血管微環境的原理圖（紫色細胞為“先導細胞”，VC指示靜脈微血管，綠色代表血管）
為攻克這一科技難題，潘巍峻研究員帶領其團隊歷時6年，首創了一套全新研究體系，在國際上率先採用可變色熒光蛋白建立了造血幹細胞標記系統，在高解析度共聚焦熒光顯微鏡下，可以長時程活體觀察、追蹤，從巨集觀到微觀，生動地呈現了造血幹細胞從誕生到歸巢的全過程。
研究人員經過對大規模長時程活體成像的統計分析，發現了造血幹細胞歸巢的時空規律及“熱點區域”，並結合精細成像和三維重構技術，首次揭示了體內造血幹細胞歸巢微環境的獨特微血管結構。
在研究過程中，他們還意外地發現了一種全新的微環境細胞，並將其命名為“先導細胞”。這類細胞是一種之前未被定義過的巨噬細胞新亞型，存在於歸巢“熱點區域”附近，它們可以識別進入造血組織的造血幹細胞並將其引入特定的血管結構中，從而實現造血幹細胞的歸巢。
該工作不僅回答了“體內的造血幹細胞歸巢如何發生”這一世界造血幹細胞研究領域的重大科學問題，而且發現了對於造血幹細胞歸巢起關鍵引導作用的“先導細胞”。該研究也開啟了國際上造血幹細胞領域的在體長時程、高分辨研究新時代。
潘巍峻研究員及其核心研究團隊（後排從左向右為此項研究成果的共同第一作者李美、李丹彤、薛文志）
上述研究成果由潘巍峻研究員帶領李丹彤、薛文志和李美等研究生，與中國科學院生物化學與細胞生物學研究所李林、陳劍峰、周波研究員，中國科技大學姚雪彪教授，耶魯大學醫學院吳殿青教授等協同攻關下共同完成，並得到了西南大學羅凌飛教授和香港科技大學溫子龍教授的幫助。
此項成果得到了中國科學院“細胞命運可塑性的分子基礎與調控”戰略先導計劃和裝備研製計劃、科技部國家重點研發計劃專項、國家自然科學基金面上專案、上海市科委基礎重點專案等的支援。
澎湃新聞獲悉，對於該研究成果的轉化與應用，潘巍峻研究員研究團隊2017年4月提交了國內專利申請，2018年9月申請專利了國際PCT專利。
與該研究相關的用於藥物篩選的“微小模式生物高速分選及三維活體成像系統”2018年12月有望交付使用。