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《自然》:科学家发现运动促进骨髓中免疫细胞生成的机制
2021/3/28 15:47:22 | 浏览:144 | 评论:0
本周发表在《自然》杂志的一项新研究发现[1],运动是维持骨髓小生境的关键因素,对骨生成和免疫细胞生成都有至关重要的作用。缺乏运动的小鼠,多种免疫细胞数量都有下降,机体对病原体的清除能力也有所降低。
这个故事还得从骨髓讲起。
骨髓对免疫非常重要,因为它含有很多与造血和免疫相关的干细胞、祖细胞(HSPC)。这些HSPC想要正常发挥功能,还需要诸多搞“基建”的细胞进行支持,这些基质细胞构成的环境就被称为骨髓小生境。
对成年小鼠来说,表达瘦蛋白受体LepR的细胞和内皮细胞是维持HSPC的主要生长因子来源,包括干细胞生长因子1(SCF1)、CXCL12、多效生长因子(pleiotrophin)等等。LepR+细胞对于维持普通淋巴细胞祖细胞(CLP)也很重要。
不过,LepR+细胞也包括几种不同的细胞,想要探索它对小生境的维持需要进一步的分类。
研究者对LepR+细胞进行了基因表达分析,发现了另外一种可靠的标志,骨凝蛋白(Oln)。将Oln作为标志划定的LepR+细胞亚群,主要位于小动脉周围,它们是一类寿命较短、分裂较快的成骨细胞祖细胞,对于骨再生有非常重要的作用。
研究者尝试着改造了小鼠,敲除了Oln+细胞中的SCF基因。结果显示,Oln+细胞不表达SCF,对骨髓和脾脏细胞数量没有显著影响,包括分化的B细胞、T细胞、巨核细胞、红细胞等的占比也正常。实际上,Oln+SCF-细胞对大多数干细胞和祖细胞都没什么影响,但唯独一种特殊类型的造血祖细胞数量大大减少——正是普通淋巴细胞祖细胞(CLP)。
研究者用致病菌单核细胞增生性李斯特菌(Listeria monocytogenes)感染了Oln+SCF-小鼠。在Oln+SCF-小鼠中,免疫细胞细胞扩增情况较差,包括B、T、NK等免疫细胞数量都有所降低,对细菌的清除能力受损,小鼠的生存率也降低了。
也就是说,由于CLP减少,Oln+SCF-小鼠根本无法产生足够的淋巴细胞,免疫功能变差了。
《自然》:科学家发现运动促进骨髓中免疫细胞生成的机制
敲除SCF,免疫细胞减少,小鼠对细菌感染生存率降低(绿)
Oln+细胞本身是一种成骨细胞的祖细胞,而运动有助于刺激骨生成,所以研究者们也尝试实验,是否运动能够促进CLP的增加。
果然,给小鼠添置了跑轮之后,每天跑步的小鼠多数造血干细胞、祖细胞并无变化,但长骨中CLP比例有了显著的增加。如果吊起小鼠的后腿,减少对后肢的机械刺激,小鼠后腿的骨密度、厚度都有所降低,Oln+细胞和CLP细胞也明显减少了。
这说明,运动对于维持CLP和小生境是必须的。
《自然》:科学家发现运动促进骨髓中免疫细胞生成的机制
运动(上)和不运动(下)对CLP维持影响很大
这部分功能是通过机械敏感性离子通道蛋白Piezo1实现的,缺乏这种蛋白的小鼠体内CLP数量异常低。运动通过Piezo1激活成骨祖细胞表达SCF,维持CLP,从而参与调控免疫。这是一条全新的机制通路。
《自然》:科学家发现运动促进骨髓中免疫细胞生成的机制
接下来,研究者们需要继续探索运动是否真的可以改善小鼠免疫对病原体的清除,以及这种作用是否对其他的细菌和病毒一致,是否有助于增强疫苗接种。
参考资料:
[1]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03298-5
[2]nature.com/articles/d41586-021-00419-y
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