来自瑞士联邦理工学院（ETH Zurich）和德国亥姆霍兹慕尼黑中心等机构的研究人员一直在研究影响不同血细胞发育的因子。在一项新的研究中，他们证实某些分子机制并不像之前所认为那样的存在关联。这一发现有助改善我们对白血病和贫血等疾病的理解。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Early myeloid lineage choice is not initiated by random PU.1 to GATA1 protein ratios”。

在生物学术语中，细胞是活的有机体中的最小功能实体。人体含有大量的细胞，依据一个人的块头和体重，所含的细胞数量在10万亿到100万亿个。大多数细胞在体内执行特定的功能，被称作分化细胞（differentiated cell），也被称作特化细胞（specialized cell）。另一方面，干细胞能够持续地分裂产生更多的干细胞和分化细胞，因而无限地供应分化细胞。体内的某些细胞具有相对较短的生命周期。比如，很多白细胞和血小板（即凝血细胞）在几小时到几天内死掉，而红细胞能够存活大约4个月的时间。

干细胞再生

骨髓中的干细胞每秒产生上百万个新的血细胞。这些干细胞是多能性的，这意味着它们能够产生所有类型的具有不同功能的特化血细胞：负责氧气运输的红细胞，成为体内免疫防御系统一部分的白细胞，在凝血中发挥关键作用的血小板。干细胞如何精确地产生不同类型的细胞仍然只是部分地获得理解。这种分化过程---换言之，决定产生哪种细胞类型的决定---依赖于不同的外部因子和内部因子的数量。

在这项新的研究中，来自瑞士联邦理工学院生物系统科学与工程系的Timm Schroeder教授和同事们研究了这些在单个血细胞的产生中发挥作用的因子。Schroeder解释道，“对干细胞分化的调节在维持血液形成的正常过程中发挥着至关重要的作用。如果这种系统开始无法正常工作，那么它能够导致威胁生命的疾病，如贫血和白血病。因此，我们需要更好地理解参与这种调节的分子机制。”

在分子水平进行观察

Schroeder团队分析了干细胞如何分化为不同类型的血细胞和细胞核中的转录因子如何控制这种复杂的过程。通过与德国亥姆霍兹慕尼黑中心合作，他们开发出一种创新性的时间推移显微镜（time-lapse microscopy）技术来观察细胞。

Schroeder解释道，两种蛋白GATA1和PU.1一直是研究人员关注的焦点。它们在干细胞分化为血细胞的过程中发挥着重要作用。“它们是能够激活或失活综合遗传程序的转录因子，具有很多靶基因。这使得它们成为细胞命运的强大调节物。”

巨大的潜力

利用这种时间推移显微镜，研究人员能够史无前例地在活的造血干细胞进行分化时对它们进行观察，同时定量检测GATA1和PU.1。Schroeder解释道，“几十年来，人们认为这两种转录因子负责决定干细胞的分化过程。如今，我们证实并不是这种情形，而且还有其他的机制也是做出这些决定所必需的。”如今，还需要着重研究其他的分子机制以便理解极其复杂的造血干细胞分化过程。

白血病等血液疾病是严重的血液系统疾病。为了在未来改善我们对这些疾病的理解和开发有效的疗法，科学家们还需要准确地知道单个血细胞是如何产生的。