為攻克“揭秘新生造血幹細胞歸巢全過程”這一世界造血幹細胞研究領域的重大科學問題，潘巍峻研究員帶領著平均年齡只有27.6歲的團隊，歷時6年，首次高清晰解析了體內造血幹細胞歸巢的完整動態過程，該研究成果於北京時間2018年11月20日凌晨在國際知名學術期刊Nature（《自然》）在線發表。
造血幹細胞是人體血液系統中的始祖細胞，它通過增殖分化產生紅細胞、白細胞、血小板等人體內所有類型的血液細胞，從而維持生命的運轉。造血幹細胞在循環系統中游走尋找最適宜的組織或器官微環境的過程被稱為歸巢。只有尋找到自己的家，造血幹細胞才能有效地發揮功能。
在學界，歸巢這一概念早已被熟知，並在上世紀50年代被運用於骨髓移植治療中。1990年，Edward Donnall Thomas因骨髓移植中的創造性貢獻獲得了諾貝爾獎。
“在理論極限上，一個造血幹細胞就可以恢復人的整個造血系統，但在現實中一份臍帶血往往不夠一個成年人來完整治療”，潘巍峻說。由於歸巢現象發生在生物生命的整個過程中，時空跨度非常大，觀察手段十分有限，人類一直無從得知歸巢在生物體內究竟如何發生，歸巢的微環境究竟是什麼樣的結構，這嚴重製約了臨床造血幹細胞移植等相關技術的發展。
為攻克這一科技難題，潘巍峻研究員帶領其研究生團隊歷時6年，使用了斑馬魚進行活體成像，在國際上率先採用可變色熒光蛋白，建立了造血幹細胞標記系統，在高分辨率共聚焦熒光顯微鏡下，建立了造血幹細胞長時程活體觀察追蹤方案，從宏觀到微觀，生動地呈現了造血幹細胞從誕生到歸巢的全過程。
斑馬魚胚胎因為其造血幹細胞誕生區域、造血組織等都和人體一致，且周身透明利於實現觀測，被選作了模式生物。研究團隊經過對大規模長時程斑馬魚活體成像的統計分析，發現了造血幹細胞歸巢的時空規律及“熱點區域”，並結合精細成像和三維重構技術，首次揭示了體內造血幹細胞歸巢微環境的獨特微血管結構。
在研究過程中，他們還意外地發現了一種全新的微環境細胞，並將其命名為“先導細胞”。這類細胞是一種之前未被定義過的巨噬細胞新亞型，存在於歸巢“熱點區域”附近，它們可以識別進入造血組織的造血幹細胞並將其引入特定的血管結構中，從而實現造血幹細胞的歸巢。
潘巍峻為這個“先導細胞”起的英文名字叫做usher cell：“先導細胞在巡邏，造血幹細胞經過它的時候就會降速，如果沒有這個先導細胞，造血幹細胞是過家門而不入的，有了先導細胞，就可以在家門口迎候它，最後把它帶進去。之後先導細胞又會離開，回到門口繼續巡邏。”Usher這個單詞在英文中意為招待員、劇院門口的引座員，用這個單詞形容先導細胞，潘巍峻覺得再合適不過。
這一次基礎研究的突破除了令學界振奮，也對臨床的實踐起到了促進作用。目前用於移植的造血幹細胞的數量是非常有限的，造血幹細胞的捐獻，往往需要收集捐獻者上億的造血幹細胞，但實際能夠發揮作用的可能只有幾百上千個。如果能讓儘可能多的造血幹細胞歸巢，就能多一分成功的希望，使有限的造血幹細胞可以救治更多人。因此,研究清楚歸巢過程,找到其中關鍵的影響因素,就能提高治病的效率，給患者帶來更多生的希望。
另外中科院分子細胞卓越創新中心/生物化學與細胞生物學研究所研究員景乃禾還指出，這項成果對於未來組織腫瘤遠處轉移的運用也會有非常大的前景。景乃禾說：“原發性癌如何轉移到人體新的組織微環境，如何生根發芽，可能與造血幹細胞的歸巢現象有相似性。”
上述研究成果是在潘巍峻研究員帶領李丹彤、薛文志和李美等研究生，與中國科學院生物化學與細胞生物學研究所李林、陳劍峰、周波研究員，中國科技大學姚雪彪教授，耶魯大學醫學院吳殿青教授等協同攻關下共同完成，並得到了西南大學羅凌飛教授和香港科技大學溫子龍教授的幫助。
此項成果得到了中國科學院“細胞命運可塑性的分子基礎與調控”戰略先導計劃和裝備研製計劃、科技部國家重點研發計劃專項、國家自然科學基金面上項目、上海市科委基礎重點項目等的支持。
（看看新聞Knews記者：朱厚真 劉寬漾 編輯：傅群）
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