《自然》：科学家首次准确测算人体造血干细胞数量，竟比以前认为的数量高出10倍｜科学大发现

造血干细胞移植（HSCT）已有60年的历史，已治疗超过100万人[1]。尽管过去60年来公众对HSCT背后生物学过程的认识有了显着提高，并且基于HSCT平台的多种细胞治疗解决方案也已出现，但困扰人类造血干细胞的问题仍然很多。

我是谁，我从哪里来，我要去哪里，我有多少朋友？

是的，正如你所看到的，我们对人体内参与造血的造血干细胞数量的认识仍然很模糊。

不久前，英国桑格研究所的彼得博士和剑桥大学的科学家终于为我们揭晓了答案。他们采用全新的方法，首次直接测量了人体内造血干细胞的实时数量，结果显示其范围从5万到20万，比之前预测的多了10倍以上，拓展了我们对造血干细胞的认识。造血，颠覆了我的认识。干细胞。此外，这项研究还提供了追踪疾病和衰老引起的干细胞变化的机会，从而推进疾病研究。

彼得博士

同时，他们用来直接测量人体细胞数量和谱系的方法将对再生医学、干细胞治疗和癌症研究产生重大影响。例如，了解为什么细胞疗法对某些人有效，而对其他人无效。这一重要研究成果发表在顶级学术期刊《自然》上[2]。

在人体内，每天都有无数的血细胞死亡，但同时又产生相同数量的血细胞，以维持血液平衡。如图所示，这些不同分化程度的细胞形成了一个分层网络，最底层是造血干细胞。毫无疑问，稳定数量的造血干细胞是维持这个系统平衡的关键。

血细胞谱系

在动物中，科学家通常对细胞进行标记并将其返回动物体内以估计造血干细胞的数量。目前，科学家通过X染色体的失活模式（细胞分裂过程[3]）以及端粒长度等来计算造血干细胞的复制率。

不过，由于这些方法都不是直接的，所以无法保证准确性，但后来查了一下，发现误差确实有点大……

你怎么做呢？如此重要的问题怎么可能永远得不到解决呢？

造血干细胞群体调查之所以难以进行，是因为它们主要分布在人体骨髓和外周血中，数量极其稀少，抽样调查很难准确估计其总数。这是因为这是不可能的。而进行“人口普查”显然是困难且不切实际的。

既然无法直接检查造血干细胞本身，那么是否可以通过观察后代的口腔来了解造血干细胞的数量呢？毕竟，在血细胞的世界里，生育权是公平的，子孙后代的数量可以直接体现出祖先的大小。造血干细胞的后代存在于外周血中，因此很容易检测到。

彼得博士想到了体细胞突变。随着人体细胞的增殖，DNA以一定的频率发生突变[4]，并一代又一代地积累，这就是癌细胞的起源[5]。 DNA突变不仅在癌细胞中积累，也在正常细胞中积累。祖先的突变会遗传给后代，并且“亲属”关系可以通过相同的突变标记来确认。下一代细胞也会产生新的突变，这些累积的突变可以用来计算“繁殖”代数。

那么它在人体中是如何发挥作用的呢？彼得博士利用生态学中常用的方法来测量人口密度。当生态学家测量特定地点的动物数量（例如鹿群的密度）时，他们会捕获一定数量的鹿，对它们进行标记，然后释放它们。在一定时间后，捕获一定数量的鹿，统计带有标签的鹿的百分比，从而计算出该区域的鹿总数。

当然，我们不能直接在人类身上做到这一点，但我们可以学**这个想法并加以应用。

科学家就是这样做的，可以分为两个阶段。第一步是捕获，从成年男性的骨髓和外周血中提取140个造血干细胞和造血祖细胞，并在体外培养形成集落。然而，他们并没有将其移植到人体中，而是直接对整个基因组进行了测序，并确定了被认为是鹿地标的体细胞突变位点。

实验过程

第二步是重新捕获，在提取造血干细胞后的三个时间点提取男性的外周血细胞，包括粒细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞。

这些外周血中实际上含有以前造血干细胞的后代，因此部分外周血细胞保留了这些造血干细胞的突变标记，导致外周血细胞中有140个造血干细胞，对干细胞中的突变标记进行计数并计算其百分比。可以估计产生血细胞的造血干细胞的数量。

当然，计算过程实际上相当复杂，涉及分子进化树的构建。研究人员通过进化树获得了血细胞更新率，并利用计算机模拟以超过90%的置信度计算出参与造血的干细胞数量在44,000至215,000之间。

干细胞大小和粒细胞生成率

这项研究首次直接测量参与人类造血的干细胞数量。人类干细胞的数量在生命早期随着年龄的增长而稳定增加，在青春期后达到最高水平，并在此水平上保持稳定。因此，这个数据具有很强的代表性。

同时，研究人员根据进化谱系精确了解粒细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞的分化阶段，提高了我们对免疫系统发育的认识[6]。这种方法还可以帮助我们研究癌症发生和发展的过程，提高我们对癌症敌人的了解，并找到进一步的方法来对抗它。

人体约有40万亿个细胞，各个细胞之间的关系十分复杂。对于绝大多数细胞来说，目前尚不清楚哪些细胞与哪些细胞有区别，以及不同类型细胞之间的关系如何。

在很多情况下，并不清楚移植的细胞将向哪个方向分化或增殖速度有多快，而这种认识盲点直接阻碍了再生医学和细胞治疗的发展。一旦这些答案揭晓，干细胞治疗中遇到的许多问题都将得到解决。

这种研究方法为对人体进行更深入、更全面的研究打开了大门，并与目前如火如荼的单细胞检测技术相结合，或许有可能解开发育之谜，指导再生医学和疾病.可以做到，对吧。它有助于治疗并最终造福全人类。

编辑沉正道

安利工作细胞潮又来了，不过如果边看剧边了解医学动态，心情会更好哦~

参考

[1] Chabannon, C. Kuball, J. Bondanza, A. Dazzi, F. Pedrazzoli, P. Toubert, A. Bonini, C. (2018). 造血干细胞移植60s: 细胞科学转化医学治疗平台，10(436)。

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-018-0497-0

[3] Catlin, S. N. Busque, L. Gale, R. E. Guttorp, P. Abkowitz, J. L. 人体造血干细胞体内复制率，Blood 117, 44604466 (2011)。

[4] Welch, J.S. 等人，急性髓系白血病突变的起源和进化，Cell 150, 264278 (2012)。

[5] Nik-Zainal, S. 等人. 21 种乳腺癌的生活史. Cell 149, 9941007 (2012).

[6] Schlenner, S.M. 等人，命运图谱揭示了胸腺中T 细胞和骨髓谱系的不同起源。Immunity 32, 426436 (2010)。

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本文作者| 低温艺术家

“这个是已知数字的10倍，但还是很小，大家要注意。我们之前说过，喝酒会诱发造血干细胞突变，我就是这么做的。”