研究人员从德国弗莱堡的马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所（Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics）以及瑞士苏黎世的ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）创建了首张综合图谱，详细描述了人类血液干细胞在衰老、特化或癌变时的代谢和分子变化。他们创新性的研究借助高灵敏度低输入技术，识别出一种名为胆碱的重要营养物质，在保持年轻干细胞特性中扮演关键角色。这项研究为干细胞健康和疾病提供了深刻见解，并指出了维持健康血液系统的潜在营养和治疗干预方向。
关键要点
- 首次整合血液干细胞的代谢图谱：该研究提供了第一份关于人类血液干细胞在特化、衰老或白血病过程中代谢和分子变化的综合图谱，揭示了干细胞如何失去或保持再生能力。
- 胆碱被确定为潜在的干细胞增强剂：研究发现，健康干细胞中含有较高水平的必需营养物质胆碱，但在分化、衰老和白血病过程中其含量会下降。在实验室实验中补充胆碱有助于恢复年轻特征——这表明了支持干细胞的新营养策略。
- 未来疗法：脂质组成的变化表明，衰老和特化的干细胞可能会改变它们感知和响应环境的方式。这为探索代谢如何塑造膜功能、细胞通讯和干细胞命运开辟了新途径。
造血干细胞（HSCs）是一种罕见的藏匿于骨髓中的细胞，它们具有产生所有类型血细胞的独特能力，从携带氧气的红细胞到对抗感染的免疫细胞。HSC对维持我们的健康至关重要。然而，随着年龄增长或在白血病等疾病状态下，它们的非凡再生能力可能会衰退或受到破坏，使我们的血液和免疫系统容易受到攻击，尤其是在压力条件下。
但当人们变老或疾病发生时，血液干细胞是如何变化的？现在，来自德国弗莱堡的马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所和瑞士苏黎世联邦理工学院的一项新研究首次综合展示了这些稀有细胞的代谢和分子程序，揭示了这些内在特征如何随着细胞特化、老化或癌变而发生变化。
高灵敏度低输入方法的结合应用
研究这些细胞绝非易事。迄今为止，深入理解造血干细胞的代谢特征一直是一项巨大挑战。由于它们的稀缺性以及人类骨髓样本的有限可用性，很难进行全面分析。“为了克服这一难题，我们开发了高度敏感的技术，使我们能够从极少量细胞中获得有意义的代谢数据。这使我们能使用远少于常规方法所需的细胞数量来测量数百种代谢物和脂质。”研究的两位第一作者之一Maria-Eleni Lalioti说道。
通过将收集的代谢数据与基因表达谱整合，团队创建了一张涵盖细胞化学过程和基因活动的综合“地图”，使他们能够追踪血液干细胞在不同健康阶段、衰老和疾病状态下的变化。“例如，我们发现人类干细胞比它们更成熟的后代代谢活性较低。我们发现用于能量生产、构建细胞部分和制造氨基酸的代谢物较少。这符合干细胞通常处于静止状态以保护自身及其能力的事实。”Nina Cabezas-Wallscheid教授解释道。
干细胞增强剂
最引人注目的发现涉及胆碱，这是一种存在于鸡蛋、大豆和鱼类等食物中的必需营养素。健康干细胞中的胆碱水平很高，但随着细胞特化而下降，并进一步随衰老和白血病减少。
“我们的实验室实验表明，补充胆碱可以促进脂质生成并帮助保持更加年轻、类似干细胞的身份，这表明特定营养素可能是维持干细胞功能的关键。”共同第一作者Mari Carmen Romero-Mulero表示。
该研究还揭示了血液干细胞脂质组成的改变，这些改变会影响细胞膜结构，并影响它们感知和响应周围环境的能力。“这些发现为探索代谢不仅如何塑造细胞内部机制，也如何影响其与环境的相互作用提供了新方向。”共同通讯作者Jörg Büscher说道。
研究表明，人类血液干细胞在特化、衰老或病变时会发生根本性的代谢变化。这些变化可以重塑它们的身份和行为。“这提出了一个有趣的问题：是否有针对性的营养措施可以帮助维持干细胞健康，代谢干预是否可能支持白血病治疗或促进健康老龄化？”Nina Cabezas-Wallscheid提出疑问。
Cabezas-Wallscheid实验室的数据为该领域的进一步研究提供了全面资源。通过描绘代谢如何引导人类血液干细胞的命运，这项研究为旨在维持干细胞功能的未来疗法奠定了基础，从而帮助我们更长时间地保持健康的血液系统。
来源：
马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所（Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics）
参考文献：
Lalioti, M.-E. 等人 (2025)。《Differentiation, ageing and leukaemia alter the metabolic profile of human bone marrow haematopoietic stem and progenitor cells》Nature Cell Biology。doi.org/10.1038/s41556-025-01709-7。
【全文结束】
