在一项新的研究中，来自英国纽卡斯尔大学、剑桥大学、牛津大学和韦尔科姆基金会桑格研究所等研究机构的研究人员对产前人类胎儿骨髓中的血液系统和免疫系统如何发育进行了首次全面分析，发现在短短几周的时间里，许多血细胞和免疫细胞类型产生于发育中的骨髓，包括阻止细菌感染的关键白细胞。相关研究结果于2021年9月29日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Blood and immune development in human fetal bone marrow and Down syndrome”。

这项研究是人类细胞图谱（Human Cell Atlas， HCA）计划的一部分。HCA计划旨在绘制人体的每一种细胞类型，以改变我们对健康、感染和疾病的理解。它将成为了解血液系统和免疫系统在骨髓中如何发育的重要参考，以及这种发育在白血病等疾病中如何出错，这将对疾病诊断和治疗有重要影响。

之前的一项HCA研究描述了人类的血液系统和免疫系统如何在卵黄囊和肝脏中开始发育，这一过程被称为造血。但是目前尚不清楚骨髓中的造血过程是如何持续进行的，其中骨髓在人类出生后的一生中产生血细胞和免疫细胞。

虽然人类的血液系统和免疫系统通常能保护我们免受感染和疾病的影响，但它们也会出错，导致免疫缺陷和癌症，如白血病，即一类影响白细胞的癌症。

免受细菌感染

在这项新的研究中，这些作者使用单细胞RNA技术来分析发育中的骨髓组织样本，以便确定存在的细胞类型以及这些细胞表达的基因。他们观察到血细胞和免疫细胞迅速多样化，成为不同的特化细胞，包括称为中性粒细胞的白细胞用于防止细菌入侵。这种多样化发生在怀孕中期的前6到7周。与胎儿肝脏相比，发育中的骨髓组织存在大量的B细胞类型，这些B细胞既需要帮助对抗感染，也需要对疫苗作出有效反应。

论文第一作者、纽卡斯尔大学的Laura Jardine博士说，“我们第一次能够确定发育中的骨髓中的所有血细胞和免疫细胞。这甚至使我们能够看到以前从未被详细地描述过的基质细胞---免疫细胞发育所处的环境。我们为发育中的骨髓构建出的这种细胞图谱将成为科学家们的一个巨大资源。”

论文通讯作者、纽卡斯尔大学的Muzlifah Haniffa教授说，“无论我们如何认为我们了解免疫系统，它实际上比我们意识到的要复杂得多。像这样的数据提供了正确理解发育过程中在分子水平上发生的事情所需的分辨率。”

造血前体细胞：中央为早幼粒细胞，旁边为2个晚幼粒细胞，从骨髓中取出的杆状核细胞。图片来自Bobjgalindo/Wikipedia。

这些作者还研究了唐氏综合征骨髓（即来自唐氏综合征患者的骨髓），确定了基因表达的明显差异，这可能有助于阐明为何唐氏综合征患者更容易患上免疫疾病和白血病。

论文共同作者、牛津大学MRC分子血液学组的Irene Roberts教授说，“我们知道唐氏综合征儿童患白血病的风险更高，但我们不知道其中的原因。这项新的研究描述了他们骨髓中基因表达的一些差异，这将使我们开始弄清楚这些差异是否重要以及以何种方式存在。我们希望这将最终帮助科学家们开发更好的治疗方法，甚至预防这些儿童患上白血病。”

这项新的研究是人类发育细胞图谱（Human Developmental Cell Atlas， HDCA）的一部分，HDCA旨在创建一种对人类健康发育很重要的所有细胞的图谱。HDCA是了解早期发育中发生的事情以及这如何影响健康或导致疾病的关键，这可能会导致医疗保健领域的变革。

论文通讯作者、韦尔科姆基金会桑格研究所高级研究员、人类细胞图谱组织委员会联合主席Sarah Teichmann博士说，“这种关于发育中的骨髓的首个详细细胞图谱是对国际HCA计划的另一个重要贡献，HCA计划旨在构建一种公开的人体‘谷歌地图’，以了解人类健康和疾病。它有助于改变我们对人类免疫系统在生命早期如何发育的理解，并有可能带来诊断和治疗免疫性疾病患者的新方法，包括再生医学的潜力。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Laura Jardine et al. Blood and immune development in human fetal bone marrow and Down syndrome. Nature， 2021， doi：10.1038/s41586-021-03929-x.