来自弗莱堡的马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所及苏黎世联邦理工学院的研究人员首次创建了详细的人类血液干细胞在衰老、特化或癌变过程中的代谢和分子变化整合图谱。他们的创新研究通过高灵敏度低输入技术确定了营养胆碱在保持年轻干细胞特性中的关键作用。这项工作为干细胞健康与疾病提供了深刻的见解，并指出了维持健康血液系统的营养和治疗干预的新方向。
要点
- 血液干细胞的第一个综合代谢图谱：本研究提供了第一个全面的血液干细胞在特化、老化或白血病过程中代谢和分子变化的“地图”，对于干细胞如何保持或失去再生能力提供了关键的见解。
- 胆碱被确认为潜在的干细胞增强剂：研究人员发现健康的干细胞中必需营养素胆碱含量较高，但在分化、衰老和白血病时减少。实验室实验中补充胆碱有助于恢复年轻的特征，这指向了支持干细胞的新营养策略。
- 未来的疗法：脂质组成的变化表明，衰老和特化的干细胞可能改变它们感知和响应环境的方式。这为探索代谢如何影响膜功能、细胞通讯和干细胞命运打开了新的途径。
造血干细胞（HSCs）是一种稀有的细胞，藏身于骨髓之中。它们具有独特的能力，可以生成各种类型的血细胞，从携带氧气的红细胞到对抗感染的免疫细胞。HSCs对维持我们的健康至关重要。然而，随着年龄增长或如白血病等疾病的发生，其显著的再生能力可能会下降或受到干扰，使我们的血液和免疫系统容易受到攻击，特别是在应激条件下。
但是，当我们在成长过程中或者疾病来袭时，血液干细胞是如何变化的呢？一项来自弗莱堡的马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所及苏黎世联邦理工学院的新研究现在提供了这些稀有细胞代谢和分子程序的首个整合视图，揭示了这些内在特征在细胞特化、衰老或癌变时是如何转变的。
高度敏感的“低输入”方法的结合
研究这些细胞并非易事。到目前为止，深入了解造血干细胞代谢特征一直是一个巨大的挑战。由于它们的稀有性和人类骨髓样本的有限可用性，进行全面分析十分困难。“为了克服这个问题，我们开发了高度敏感的技术，使得从极少量的细胞中获取有意义的代谢数据成为可能。这使我们能够使用远少于典型方法所需的细胞数量来测量数百种代谢物和脂质。”本研究两位第一作者之一Maria-Eleni Lalioti说。
通过将收集的代谢数据与基因表达谱整合在一起，研究团队创建了一个涵盖细胞化学过程和基因活动的全面“地图”，使他们能够追踪血液干细胞在健康、衰老和疾病不同阶段的变化。“例如，我们发现人类干细胞比其更成熟的后代代谢活性更低。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。这与干细胞通常处于休息状态以保护自身及其能力的事实相吻合。”Nina Cabezas-Wallscheid教授说道。
干细胞增强剂
最引人注目的发现涉及胆碱，一种存在于鸡蛋、大豆和鱼类等食物中的必需营养素。健康的干细胞具有高水平的胆碱，而细胞特化时水平降低，并且随着衰老和白血病进一步下降。“我们的实验室实验表明，补充胆碱促进了脂质生产并帮助保留了更为年轻、类似干细胞的身份，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说。
研究还揭示了血液干细胞脂质组成的改变，这种改变会影响细胞的膜结构以及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，而且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。
该研究清楚地表明，人类血液干细胞在特化、衰老或患病时会经历根本性的代谢变化。这些变化可以重塑它们的身份和行为。“这引发了有趣的问题，即有针对性的营养是否可以帮助保持干细胞健康，以及代谢干预是否可以支持白血病治疗或促进健康老龄化。”Nina Cabezas-Wallscheid说道。
Cabezas-Wallscheid实验室的数据为该领域的进一步研究提供了一个全面的资源。通过绘制代谢如何引导人类血液干细胞命运的蓝图，本研究为未来旨在维持干细胞功能的疗法奠定了基础，从而帮助我们长期保持血液系统的健康。
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