在一项新的研究中，英国研究人员在世界上首次构建出人类发育中肝脏的细胞图谱，它提供了关于胎儿中血液和免疫系统如何产生的重要见解。这种图谱描绘了在妊娠的头三个月和第二个三个月之间的发育中肝脏的细胞景观变化，包括来自肝脏的干细胞如何播种到其他组织，以支持生长所需的高氧气需求。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Decoding human fetal liver haematopoiesis”。

 
图片来自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1652-y。
 
这种图谱是一种综合的高分辨率资源，可改进我们对正常发育的理解，并且有助于医疗机构治疗可能在发育过程中形成的疾病，比如白血病和免疫疾病。
 
在此之前，人们还不清楚人类血液和免疫系统如何产生，这一过程被称为造血作用。成年后，正是骨髓产生我们的血液和免疫细胞。但是在早期胚胎生活中，卵黄囊和肝脏在制造血液和免疫细胞中起着重要作用。这些细胞随后播种到外周组织，比如皮肤、肾脏，最终播种到骨髓。
 
这些研究人员使用单细胞技术分析了14万个肝细胞以及7.4万个皮肤、肾脏和卵黄囊细胞。通过分离来自发育中肝脏的细胞，他们能够通过它们正在表达的基因来鉴别它们，并观察这些细胞是什么样子。通过利用重金属标记物对发育中肝脏切片内的造血细胞进行标记，他们能够将每个细胞对应到它所在的位置。
 
论文共同通讯作者、英国纽卡斯尔大学资深研究员、威康基金会桑格研究所高级临床研究员Muzlifah Haniffa教授说，“在此之前，这个领域的研究有点像蒙着眼睛研究大象的人，每个人仅描述它的很小一部分。这是人类第一次描述整体情况，如此详细地描述血液和免疫系统如何产生。这是一项非凡的多学科研究工作，如今可以作为整个科学界的一种工具。”
 
发育中的胎儿需要大量的氧气来促进生长。这项研究发现，在胎儿发育过程中，“母体”造血干细胞停留在肝脏中。但是，由于仅靠肝脏无法提供足够的红细胞，因此下一代的“子”细胞---造血祖细胞---会传播到其他组织。它们在皮肤等地方成熟，在那里产生红细胞，从而有助于满足对氧气的高需求。
 
论文共同通讯作者、威康基金会桑格研究所资深研究员说，“我们知道当成年人变老时，我们的免疫系统发生变化。这项研究展示了肝脏制造血液和免疫细胞的能力如何在很短的时间内发生变化，即便在受孕后的7至17周之间，也是如此。如果我们能够理解是什么让肝脏中的干细胞如何擅长制造红细胞，这将对再生医学产生重要的影响。”
 
这些研究人员还描绘了已知与免疫缺陷有关的基因图谱，以便观察哪些细胞表达它们。基因突变可导致白血病等免疫系统疾病，而且人们有望通过了解健康的发育中肝脏如何发挥功能，就有可能理解免疫系统疾病如何产生，以及如何治疗它们。
 
论文共同通讯作者、威康基金会桑格研究所资深研究员、人类细胞图谱组织委员会联合主席Sarah Teichmann博士说，“首个针对人类发育中肝脏的综合细胞图谱是人类细胞图谱计划的又一个里程碑。如今这些数据可供任何人免费使用，将成为更好地了解健康细胞发育和致病基因突变的重要资源。”
 
威康基金会遗传学与分子科学业务经理Katrina Gold博士说，“我们的免疫系统在协助保护我们免受疾病侵害方面至关重要，但是我们对免疫细胞在早期胚胎中的产生和功能知之甚少。这项研究非常重要，它为未来的研究奠定了重要的基础，这可能有助于我们更好地理解与早期免疫系统有关的疾病，比如儿童白血病。人类细胞图谱有可能改变我们对健康和疾病的理解，我们很高兴来看到我们的受到威康基金会资助的多学科科学家团队首次取得的这些重要发现。”
 
参考资料：
 
1.Dorin-Mirel Popescu et al. Decoding human fetal liver haematopoiesis. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1652-y.
 
2.First cell map of developing human liver reveals how blood and immune system develops
https://medicalxpress.com/news/2019-10-cell-human-liver-reveals-blood.html