造血干细胞发育过程中的信号通路调控

血液系统是维持机体生命活动最重要的系统之一,为机体提供所需的氧气和营养物质,通过物质交换维持内环境的稳态,同时为机体提供免疫防御与保护。血细胞是血液的重要组成成分,机体中成熟血细胞类型起源于具有自我更新及分化潜能的多能成体干细胞—造血干细胞(hematopoietic stem cells,HSCs)。造血干细胞及各类血细胞产生、发育及成熟的过程称为造血过程,该过程开始于胚胎发育早期并贯穿整个生命过程,任一阶段出现异常都可能导致血液疾病的发生。因此,深入探究造血发育过程及其调控机制对于认识并治疗血液疾病至关重要。近年来,以小鼠(Mus musculus)和斑马鱼(Danio rerio)作为动物模型来研究造血发育取得了一系列的进展。其中,BMP、Notch和Wnt等信号通路对造血干细胞的命运决定和产生发挥了重要作用。本文对这些信号通路在小鼠和斑马鱼造血过程中的调控作用进行系统总结,以期能够完善造血发育过程的调控网络并为临床应用提供指导。     

昆虫造血作用和造血干细胞研究进展

昆虫血细胞（insect hemocyte）在昆虫代谢、 发育变态以及先天免疫等方面承担着重要的作用。昆虫只有先天免疫系统, 血细胞所行使的免疫功能对于昆虫对抗外源病菌尤为重要。本文主要介绍了昆虫血细胞类型、 造血作用、 造血干细胞及造血相关因子的相关研究。通过特殊染色和形态学观察, 果蝇Drosophila血细胞主要由3类细胞组成, 而鳞翅目等大部分昆虫血细胞由5类细胞组成。昆虫血细胞主要存在于循环血液环境及造血器官内, 而在这两个系统中都存在有进行复制的血细胞, 这为研究昆虫造血干细胞特性和其定位提供了一个很好的系统。果蝇血细胞祖细胞来自于胚胎中胚层细胞, 然后再分化为各种血细胞, 这一系列分化过程由造血因子所调控。     

造血干细胞自我更新调控及wnt信号在其中的作用

干细胞生物学最为重要的问题之一就是干细胞自我更新的调控机制.造血干细胞具有自我更新和分化为各血细胞世系的能力,但目前对其自我更新的调控机制尚未明确.大量的研究表明,造血干细胞的自我更新受到来自其所处微环境和自身内在基因的共同调控.经典的发育调控通路——wnt信号通路在造血干细胞自我更新调控中起着至关重要的作用.就造血干细胞自我更新及其调控,特别是wnt信号通路在其中的作用作一综述,并对其应用前景和今后的研究方向作了展望.     

胚胎干细胞向造血系统的分化

胚胎干细胞是指从囊胚期的内细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞,可分化形成各种组织类型。在合适的条件下,胚胎干细胞可发育成造血干细胞及各类成熟血细胞,为造血干细胞移植及血细胞输注开辟了新的来源,同时也为造血发生及造血调控研究提供了有效可靠的模型。本文将综述ES细胞向造血系统分化的诱导条件、调控机制及应用前景。     

IL-3在造血干细胞增殖分化调控中的信号转导

IL-3又称多克隆集落刺激因子（Multi-CSF）,是造血干细胞增殖分化的正性调节因子。它通过与靶细胞表面的受体结合传递生长、分化信号,调控造血干细胞生存、增殖及向各系血细胞分化、成熟。本文就IL-3在造血干细胞增殖分化调控中的有关信号转导作一综述。     

造血干细胞发育的分子机制

造血干细胞是一群具有自我更新及分化能力的多能干细胞,可以分化为所有类型的成熟血细胞.造血干细胞的发育过程受到多种转录因子及信号通路的精密调控,任何调控失衡都将导致严重的发育缺陷或者重大疾病.本文系统总结了脊椎动物(小鼠及斑马鱼)造血干细胞发育过程中发挥关键作用的信号通路及转录因子,不仅有助于理解造血干细胞发生的分子机制,而且对完善调控网络以及促进基础向临床转化具有一定的理论指导意义.     

胚胎期造血干细胞发育的分子调控

造血干细胞是生物体所有血细胞的原始祖细胞,在维持血液系统长期稳定的同时,也是骨髓移植治疗恶性血液疾病的核心所在。因此,造血干细胞的体内发育和体外诱导扩增一直是倍受科学界关注的热点课题。该研究组以小鼠和斑马鱼为模型,从遗传调控和表观遗传修饰等角度阐释造血干细胞产生、维持和定向分化的分子调控机制;同时,揭示微环境在血液发生不同阶段的特异性调控作用。     

MicroRNA调控造血干细胞发育

造血干细胞是目前研究最为深入的成体干细胞,是极富应用前景的研究领域,然而其维持自我更新以及多向分化潜能的分子机制尚不明.MicroRNA (miRNA)是一类崭新的调控性非编码小分子RNA,在监控生物体个体发育和细胞增殖、分化进程中起着重要作用.miRNA参与包括胚胎干细胞和多种成体干细胞的发育进程,人类造血干细胞及其发育过程中也存在特征性miRNA表达谱,参与调控造血干细胞发育进程,以miRNA为分子靶点的防治造血功能低下疾患的研究具有广阔的应用前景.     

生命的“河流”——血液

血液是存在于生物体内的重要组织,由血浆和多种血细胞组成,在物质运输、免疫防御、内环境稳态的调控等方面具有非常重要的作用。随着对血液学研究的不断深入,尤其是对于体内造血发生和血细胞发育过程的深度解析,促进了体外造血及再生医学的蓬勃发展。着重介绍血细胞发育、血液的组成和功能,并分析讨论现阶段以体外诱导造血干细胞为核心的血液疾病治疗等方面的研究进展及应用前景。     

中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东课题组简介

正中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东课题组成立于2005年,课题组长为傅向东研究员。课题组以水稻和拟南芥为研究对象,围绕植物激素与环境因子互作调控植物生长–代谢耦合的分子机制和农作物产量性状形成的遗传调控网络展开研究。在植物发育和环境适应的激素调控机理研究方面取得了一系列研究成果,在国际知名期刊Nature、Science、Nature Genetics、Nature Communications和Cell Research等发表论文50余篇,     

与造血过程有关联的转录因子

多能干细胞分化过程中其子代细胞分化潜能逐渐减小,并使子代细胞获得成熟细胞的某些表型,最终达到终末分化和具有特定表型。研究这个过程的分子机理是发育生物学的一个重要课题。造血过程是从多能造血干细胞分化成各系造血祖细胞,再进一步分化成成熟血细胞(包括红细胞,白细胞和淋巴细胞)的过程。     

基于单细胞转录组分析的造血微环境研究进展

成体造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)是一类主要定居于骨髓,具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞。HSC能够源源不断地产生各谱系成熟血细胞以维持造血系统的动态平衡。HSC功能特性的维持不仅依赖细胞本身的内在调控,还受到其所处的造血微环境或造血龛(hematopoietic microenvironment or hematopoietic niche)中多种成分的影响,因此研究造血微环境对揭示稳态造血调控、HSC体外扩增以及血液系统疾病的发生和发展等具有重要意义。以往研究利用体内成像技术和细胞特异的基因敲除技术,发现了造血微环境中多种细胞、细胞因子以及细胞外基质等成分。但作为一个复杂的三维系统,造血微环境的细胞组成、空间区域划分以及在正常造血维持及应激条件下的作用目前仍有争议。近年来,单细胞组学技术的迅速发展为阐明造血微环境的细胞和分子的异质性提供了新方法,为造血微环境的研究翻开了新的篇章。该文就单细胞转录组测序技术在骨髓微环境研究领域的最新进展进行综述。     

甲壳动物血细胞及其在免疫防御中的功能

甲壳动物的免疫反应主要依靠吞噬、包囊和凝集,属于非特异性免疫。血细胞在甲壳动物的免疫系统中具有重要作用。造血组织和造血干细胞为血细胞的生成、补充和更新提供了保障。血细胞成熟后分为不同类型,对血细胞分型的研究正在从采用传统的形态学方法向采用生物技术方法的方向发展,单克隆抗体技术已经应用于血细胞分型,结果更为客观准确。不同类型的血细胞在细胞化学特性与功能方面表现出明显差异。在甲壳动物的免疫反应中,血细胞数量在不同的免疫应激状态下发生明显变化。当外来病原体较小时,血细胞通过吞噬作用吞入病原体,在细胞内部将病原杀灭;而当入侵的病原体或寄生虫的个体大于10μm时则以多个血细胞的包囊作用或凝集作用来完成。甲壳动物的免疫反应是一个交互作用的复杂过程,必然涉及多层次、多个因子的参与。其中造血组织的结构,血细胞的产生及调控机理,采用单克隆抗体技术对血细胞进行分型标准的建立,免疫因子在免疫反应中的功能及它们之间的相互作用的网络关系等尚需深入研究。     

甲壳动物血细胞及其在免疫防御中的功能

甲壳动物的免疫反应主要依靠吞噬、包囊和凝集，属于非特异性免疫。血细胞在甲壳动物的免疫系统中具有重要作用。造血组织和造血干细胞为血细胞的生成、补充和更新提供了保障。血细胞成熟后分为不同类型，对血细胞分型的研究正在从采用传统的形态学方法向采用生物技术方法的方向发展，单克隆抗体技术已经应用于血细胞分型，结果更为客观准确。不同类型的血细胞在细胞化学特性与功能方面表现出明显差异。在甲壳动物的免疫反应中，血细胞数量在不同的免疫应激状态下发生明显变化。当外来病原体较小时，血细胞通过吞噬作用吞入病原体，在细胞内部将病原杀灭；而当入侵的病原体或寄生虫的个体大于10 μm时则以多个血细胞的包囊作用或凝集作用来完成。甲壳动物的免疫反应是一个交互作用的复杂过程，必然涉及多层次、多个因子的参与。其中造血组织的结构，血细胞的产生及调控机理，采用单克隆抗体技术对血细胞进行分型标准的建立，免疫因子在免疫反应中的功能及它们之间的相互作用的网络关系等尚需深入研究。     

造血微环境细胞组成及功能的研究进展

造血微环境是造血干细胞(HSCs)居住的场所,对于维持HSCs自我更新、分化与稳态有着重要的调控作用。伴随着胚胎发育,造血主要分为卵黄囊造血、主动脉-性腺-中肾造血、胎肝造血及骨髓造血4个时期,因而研究造血发育时期的微环境对体外HSCs的扩增及诱导分化有着重要的指导意义。现对4个造血时期的造血微环境细胞组成及功能进行综述,阐明不同时期造血微环境调控作用的异同,为实现HSCs在体外的扩增与分化打下基础。     

造血干细胞生物学——研究与展望

造血干细胞（hematopoietic stem cell,HSC）是目前研究方法最为多样、研究技术手段最为成熟的一类组织干细胞,并且已经被成功运用于临床上对白血病以及先天性免疫缺陷等疾病的治疗。近年来,通过对一系列“转基因”与“基因敲除”小鼠模型的分析,人们对造血干细胞在胚胎早期发育过程中的发生与起源、造血干细胞“自我更新”与“定向分化”的调节机制、骨髓中造血干细胞的微环境（niche）对造血干细胞功能维持的调控,以及造血干细胞与白血病干细胞之间的相互关系等诸多方面都取得了很大的进展。如何实现造血干细胞的体外长期培养与扩增,实现胚胎干细胞（embryonic stem cell,ESC）或诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell,iPS细胞）向造血干细胞进行有效的定向分化,以及探索造血干细胞在病理状态（如癌症、贫血、衰老等）或应激状态下（如炎症与感染、组织损伤、代谢异常等）的功能变化,都将会是今后造血干细胞研究的重要方向。     

基于造血干细胞为靶细胞的基因治疗

在基因治疗中,造血干细胞因为具有自我更新及分化为各种血细胞系的能力而成为一种很有吸引力的靶细胞。将外源目的基因导入造血干细胞,以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病,特别是血液疾病已取得重要进展,例如:腺苷脱氨酶缺陷病、血友病、地中海贫血症及镰状细胞性贫血症等。而慢病毒以其转染效率高,能够感染非分裂期细胞的特点成为转染造血干细胞的最适合载体,本文就造血干细胞的特性、载体的选择及临床应用和基因治疗的安全性等方面作一综述。     

封面说明

正造血干细胞是一种具有自我更新和分化为各系血细胞能力的成体干细胞。在脊椎动物发育过程中,造血干细胞首先由主动脉腹侧壁的生血内皮通过内皮–造血转化过程产生,随后通过自我更新与分化维持机体的终生造血。近年来,以小鼠(Mus musculus)和斑马鱼(Da niorerio)作为动物模型来研究造血发育取得了一系列的进展。     

成体骨髓造血的神经调控

造血干细胞可以重建整个血液和免疫系统,其自我更新和分化等功能的维持受内源微环境和外源信号的调控.神经调节作为调节机体稳态的三大体系之一,对成体造血干细胞和骨髓微环境的调控发挥重要作用.该文结合目前国内外已有的研究成果,对神经系统在造血干细胞功能调控和造血稳态维持中的作用进行综述.     

《自然-细胞生物学》：胰岛素和营养可阻碍造血干细胞分化

近日来自加州大学洛杉矶分校的干细胞研究人员在新研究中发现胰岛素和营养可以阻碍果蝇中的造血干细胞分化为成熟血细胞。这一研究发现表明应对饮食的变化来研究人体的炎症反应和血液形成机制。相关研究论文发表在3月儿日的《自然-细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上。