李凌衡教授Cell发表干细胞研究新成果

　　

生物通报道  并非所有的干细胞都是完全一样。当一些正忙于再生受损的组织时，它们安静的兄弟们则充当了战略后备人员只在需求上升时才会踏入。来自斯托瓦斯医学研究所（Stowers Institute for Medical Research)的研究人员现在发现了一条重要的分子信号，它使得静息状态的小鼠造血干细胞在不需要它们发挥作用之时不会发生增殖。这一研究发布在7月20日的《细胞》（Cell）杂志上。

领导这一研究的是著名华人科学家、斯托瓦斯医学研究所的李凌衡（Linheng Li）教授，其长期致力于干细胞研究工作，在干细胞研究领域做出了突出的成绩。曾获全美血液学学会“优秀学者奖”。在Nature Genetics，Immnity，Blood等著名医学杂志发表发表论著30余篇。同时担任国际一流医学杂志Cell Stem Cell、Stem Cells、AACR、JBC等的编委及Nature、Science等的审稿专家。

在这篇文章中，研究人员报告称一个已知在细胞极性建立中发挥作用的双人组Flamingo 和Frizzled 8对维持小鼠骨髓造血干细胞静息储备库至关重要。他们的研究发现提供了关于干细胞长期维持与组织维持和再生需求之间微妙平衡控制机制的新认识。

李凌衡教授说：“通过谱系特异性祖细胞严格的分级机制，造血干细胞每日生成数十亿个血细胞。鉴别出使造血干细胞群一生维持这一产量水平的分子机制，是了解不同细胞类型形成、肿瘤形成特性以及衰老过程的基础。我希望这些认识将帮助科学家们向着血液疾病的新疗法取得有意义的进展。”

当前的运作模式是基于李凌衡和其他的研究人员早期的研究工作，它假设作为储备库组成部分的造血干细胞（HSC）处于静息状态，每年仅分裂数次。只有当需要替代日常消耗损害的活性HSCs或是对损伤或疾病做出反应增加细胞数量时，它们才会投入行动。然而目前对于静息和活性造血干细胞亚群在体内维持和调控机制还鲜为人知。

目前已知的是两种细胞群均存在于邻近的特异微环境中，微环境提供多种分子信号指导干细胞的活性。经常循环的HSCs构成了约90%的造血干细胞，被发现存在于中枢骨髓中，伴随它们的有内皮和血管周细胞。静息造血干细胞的主要基地是长骨末端的骨小梁（trabecular bone）。在此处这细胞与成骨细胞前体前成骨细胞（preosteoblast）不断地进行分子对话。

为了尝试解码这一对话的特性，文章的第一作者、研究生Ryohichi Sugimura将焦点放在了表面粘附分子Flamingo (Fmi)和膜受体Frizzled 8 (Fz8)上。两种分子均是所谓的非经典Wnt信号通路的组成部分。经典的Wnt信号通路可通过β- catenin发挥效应，帮助调控肠道和毛囊中的干细胞自我更新。

在体外实验揭示Fmi 和 Fz8累积在共培养的静息造血干细胞和前成骨细胞之间的界面后，Sugimura和他的同事们证实Fmi调控了Fz8在体内的分布。这一结果提供了首个迹象这些协同作用的伙伴有可能至少传达了部分的对话指示造血干细胞仍处在静息状态。它还证实了李凌衡研究组从前的研究结果即一部分的造血干细胞定位在了N-cadherin+的成骨细胞微环境中。

当Sugimura检测静息造血干细胞微环境中Wnt信号网络个别成员的表达模式时，他发现经典Wnt配体水平较低。相反，非经典Wnt配体及经典Wnt信号网络抑制子的水平较高。

Sugimura说：“这些观察结果表明在正常情况下成骨细胞微环境提供的非经典Wnt信号胜过了经典Wnt信号。它也表明Fmi和Fz8有可能在维持静息造血干细胞池中发挥了直接的作用。”

遗传工程操作缺失Fmi 或Fz8的小鼠提供了重要的线索：不仅在这些小鼠中静息造血干细胞数量急剧减少，它们的造血干细胞功能也减少超过了70%。

利用细胞周期特异性毒性药物5-氟尿嘧啶（5-flourouracil）处理清除活性分裂的造血干细胞，证实了非经典Wnt家族成员Flamingo 和Frizzled 8的作用。在压力条件下从前观察的表达模式被逆转，经典Wnt信号支配非经典信号，使得静息HSCs增殖和补充减少供应的活性循环HSCs。

李凌衡说：“更好地了解两者之间的平衡转换将为我们提供必要的机械认识，让我们能够通过减少非经典的Wnt信号，上调经典的Wnt信号来自激活衰老过程中的静息造血干细胞。但必须要小心地转动此旋钮。如果平衡转换很大程度上支持经典的Wnt信号，则有可能增加患白血病的风险。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Noncanonical Wnt Signaling Maintains Hematopoietic Stem Cells in the Niche

Wnt signaling is involved in self-renewal and maintenance of hematopoietic stem cells (HSCs); however, the particular role of noncanonical Wnt signaling in regulating HSCs in vivo is largely unknown. Here, we show Flamingo (Fmi) and Frizzled (Fz) 8, members of noncanonical Wnt signaling, both express in and functionally maintain quiescent long-term HSCs. Fmi regulates Fz8 distribution at the interface between HSCs and N-cadherin+ osteoblasts (N-cad+OBs that enrich osteoprogenitors) in the niche. We further found that N-cad+OBs predominantly express noncanonical Wnt ligands and inhibitors of canonical Wnt signaling under homeostasis. Under stress, noncanonical Wnt signaling is attenuated and canonical Wnt signaling is enhanced in activation of HSCs. Mechanistically, noncanonical Wnt signaling mediated by Fz8 suppresses the Ca2+-NFAT- IFN pathway, directly or indirectly through the CDC42-CK1α complex and also antagonizes canonical Wnt signaling in HSCs. Taken together, our findings demonstrate that noncanonical Wnt signaling maintains quiescent long-term HSCs through Fmi and Fz8 interaction in the niche.