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沈博實(shí)驗(yàn)室利用半骨透明化技術(shù)揭示骨髓移植后神經(jīng)促進(jìn)造血干細(xì)胞和血管再生的機(jī)制

更新時(shí)間：2024-05-27 點(diǎn)擊次數(shù)：1048

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北京生命科學(xué)研究所（NIBS）/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院沈博實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)外周神經(jīng)和LepR⁺細(xì)胞（LepR陽(yáng)性間充質(zhì)細(xì)胞）通過相互作用促進(jìn)骨髓移植后造血和血管系統(tǒng)的再生。

造血干細(xì)胞是我們身體中幾乎所有血細(xì)胞的來(lái)源，它們存在于骨髓中dute的微環(huán)境里。骨髓中分布著豐富的外周神經(jīng)。造血干細(xì)胞領(lǐng)域內(nèi)之前的研究通過手術(shù)橫斷、化學(xué)藥物消融等方法消融神經(jīng)，探索了骨髓內(nèi)外周神經(jīng)對(duì)于造血干細(xì)胞的維持、遷移和再生等生命活動(dòng)的潛在作用，但是由于不同的骨髓內(nèi)外周神經(jīng)消融手段導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不wanquan一致，所以目前對(duì)于骨髓內(nèi)外周神經(jīng)對(duì)造血干細(xì)胞的功能仍舊存在爭(zhēng)議。

2023年11月27日，北京生命科學(xué)研究所（NIBS）/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院沈博實(shí)驗(yàn)室，與美國(guó)西南醫(yī)學(xué)中心/霍華德休斯研究所Sean Morrison院士實(shí)驗(yàn)室合作，在Nature Cell Biology雜志發(fā)表了文章 “Leptin receptor⁺ cells promote bone marrow innervation and regeneration by synthesizing nerve growth factor"。該研究使用半骨透明化技術(shù)進(jìn)行深度成像，揭示了骨髓內(nèi)外周神經(jīng)通過促進(jìn)LepR⁺細(xì)胞釋放生長(zhǎng)因子來(lái)促進(jìn)骨髓再生。沈博實(shí)驗(yàn)室PTN項(xiàng)目，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士生高祥為本論文的第一作者。沈博研究員和Sean Morrison院士為本論文的共同通訊作者。本論文的其他作者還包括沈博實(shí)驗(yàn)室的倪悅涵（北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）、楊敏（北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）、張祎旋、郭嘉茗（PTN項(xiàng)目，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院），以及中國(guó)藥科大學(xué)的方慎彤教授。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京生命科學(xué)研究所的資助。

在本研究中，沈博實(shí)驗(yàn)室使用了一種半骨透明化成像技術(shù)，可以保留骨組織完整的三維結(jié)構(gòu)對(duì)半骨進(jìn)行深度成像。該實(shí)驗(yàn)方法可以對(duì)半骨或其他多種組織進(jìn)行多組合的抗體熒光標(biāo)記。制備完成后的半骨可以使用Leica Stellairis 8 DIVE成像并通過相關(guān)軟件對(duì)獲得的圖像進(jìn)行定性或定量的分析。

在這項(xiàng)工作中，作者首先通過分析測(cè)序數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)骨髓內(nèi)主要僅表達(dá)單一的一種神經(jīng)生長(zhǎng)因子Nerve Growth Factor（NGF），而且主要由 LepR 陽(yáng)性間充質(zhì)細(xì)胞（LepR⁺細(xì)胞）表達(dá)。作者構(gòu)建了Ngf^mScarlet/+報(bào)告小鼠，使用半骨透明化技術(shù)進(jìn)行深度成像，證明了這一發(fā)現(xiàn)（圖1）：Ngf-mScarlet⁺細(xì)胞主要分布在Endomucin^high的血竇和Endomucin^low的小動(dòng)脈周圍。骨髓中存在密度更高的血竇，意味著Ngf-mScarlet⁺細(xì)胞主要分布在血竇周圍，這些血竇周圍的細(xì)胞是LepR⁺細(xì)胞。測(cè)序數(shù)據(jù)表明，圖中小動(dòng)脈周圍的Ngf-mScarlet⁺細(xì)胞主要是LepR⁺Osteolectin⁺細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞。

圖1.成年Ngf^mScarlet/+小鼠股骨骨髓的深度成像。Ngf-mScarlet⁺細(xì)胞主要分布在Endomucin^high的血竇（箭頭）和Endomucin^low的小動(dòng)脈周圍（長(zhǎng)箭頭）。

接下來(lái)，沈博實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了骨髓內(nèi)外周神經(jīng)特異性消融的小鼠模型（去神經(jīng)小鼠）：他們使用半骨透明化技術(shù)發(fā)現(xiàn)六月齡的Lepr^cre；Ngf^fl/-小鼠骨髓中外周神經(jīng)纖維wanquan消失而髓外外周神經(jīng)并沒有受到影響（圖2）。這些結(jié)果表明，LepR⁺細(xì)胞合成的NGF對(duì)骨髓內(nèi)神經(jīng)的維持十分重要。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)顯示，去神經(jīng)小鼠的造血干祖細(xì)胞及血液系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)維持情況下功能wanquan正常，說明骨髓內(nèi)造血干祖細(xì)胞的維持不依賴于髓內(nèi)外周神經(jīng)。

圖2. 6-8月齡Lepr^cre; Ngf^fl/-小鼠和Ngf^fl/-同窩對(duì)照小鼠股骨骨髓的深度成像

進(jìn)一步的研究表明，骨髓內(nèi)LepR⁺細(xì)胞及分化的脂肪細(xì)胞在骨髓移植前的輻射清髓后增加了NGF的釋放，導(dǎo)致骨髓內(nèi)外周神經(jīng)纖維增多并通過刺激LepR⁺細(xì)胞釋放更多的生長(zhǎng)因子（比如SCF，VEGF，和Ang2）促進(jìn)造血和血管系統(tǒng)的再生。機(jī)制上，外周神經(jīng)通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)激活LepR⁺細(xì)胞中的b2和b3腎上腺素能受體通路，刺激該細(xì)胞釋放多種生長(zhǎng)因子以促進(jìn)造血和血管系統(tǒng)的再生。在LepR⁺細(xì)胞中條件性敲除編碼b2和b3腎上腺素能受體的基因Adrb2和Adrb3抑制了LepR⁺釋放SCF等生長(zhǎng)因子，并阻礙了造血和血管系統(tǒng)的恢復(fù)。

綜上所述，外周神經(jīng)和LepR⁺細(xì)胞通過相互作用促進(jìn)骨髓移植后造血和血管系統(tǒng)的再生，其中LepR⁺細(xì)胞通過合成NGF促進(jìn)骨髓神經(jīng)的維持及其清髓后的生長(zhǎng)，而骨髓神經(jīng)通過刺激LepR⁺細(xì)胞釋放多種生長(zhǎng)因子來(lái)促進(jìn)骨髓再生（見圖3）。本研究為造血干細(xì)胞移植以及白血病等血液疾病的臨床治療提供了重要參考。

圖3.骨髓內(nèi)外周神經(jīng)和LepR⁺細(xì)胞通過相互作用促進(jìn)骨髓造血和血管系統(tǒng)的再生

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