来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员证实在果蝇(Drosophila)中，胰岛素和营养物阻止血干细胞分化为成熟的血细胞。这一发现对于科学家研究人饮食变化导致的炎症反应和血液发育产生影响。相关研究结果于2012年3月11日发表在《自然-细胞生物学》期刊上。
对成年果蝇而言，除了当需要创建血液供应时之外，阻止血干细胞或者祖细胞分化为血细胞是非常重要的。
论文通讯作者、加州大学洛杉矶分校伊莱和伊迪特-布罗德再生医学和干细胞研究中心(Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research at UCLA)研究员和加州大学洛杉矶分校生命科学学院分子、细胞和发育生物学部门主席和教授Utpal Banerjee说，这项研究发现血干细胞接收胰岛素和营养因子传达的系统信号---在此项研究中这种信号指的是必需氨基酸---，从而有助于它们维持“干性(stemness，即保持干细胞状态)”。
“我们期待这项研究将促进科学家进一步探究哺乳动物血干细胞可能直接利用的信号检测机制”，Banerjee说，“鉴于患有II型糖尿病和其他代谢疾病的病人表现出慢性炎症和髓样细胞(myeloid cell )积累的症状，这些研究将可能加深人们对这些症状的了解。”
对果蝇而言，它的脑部类似于人体内制造胰岛素的胰腺，而且能够产生胰岛素信号。Banerjee实验室博士后研究员和论文第一作者Ji Won Shim说，当果蝇血液存在必需氨基酸时，血干细胞摄取胰岛素。
Shim研究的果蝇处于幼虫发育阶段。为了观察在这一阶段血干细胞发生什么，Shim将幼虫(通常吃发酵粉和玉米粉)放入没有食物的罐子里，并且一放就是24小时。随后，她利用一种特异性的化学标记使得果蝇血干细胞在共聚焦显微镜下可见，从而来检验这些干细胞是否存在。
“一旦果蝇挨饿而且收不到胰岛素和营养分子传达的信号，那么所有的干细胞因全部发生分化而消失掉”，Shim说，“留下的都是已分化的成熟血细胞。这种类型的机制还没在哺乳动物或人类中鉴定到，因此观察是否也有类似机制发挥作用将是比较吸引人的。”
Shim说，在果蝇中，存在的唯一成熟血细胞就是髓样细胞。糖尿病患者有很多激活的髓样细胞，而且这些细胞可能导致疾病症状产生。髓样细胞异常激活和代谢异常可能在糖尿病中发挥着关键性的作用。
“代谢调控和免疫应答高度整合在一起，彼此相互依赖才能正确地发挥作用。两种代谢疾病即II型糖尿病和肥胖症与慢性炎症紧密地关联在一起，而慢性炎症是由血细胞的异常激活所引发的”，Shim说，“然而，没有人对血干细胞和代谢变化之间的联系作过系统性研究。我们的研究着重指出髓系血干细胞和代谢破坏存在潜在性的联系。”
接下来，Banerjee 和他的研究小组将寻找其他的潜在性地控制果蝇血干细胞的系统信号分子。
“众所周知，哺乳动物代谢紊乱导致血液系统产生异常的炎症反应。然而，代谢应激(metabolic stress)如何影响血细胞发育仍然是个谜”，论文中写道，“这里，我们发现让果蝇幼虫挨饿导致血细胞表型产生。最为显著的效果就是在因为挨饿而受影响的时间里和细胞中血干细胞加速分化为成熟血细胞。” (生物谷：towersimper编译)
延伸阅读：
Dev. Cell：揭示巨核细胞增大秘密
PNAS：最新研究表明科学家应重新绘制血细胞产生图谱
Nature：鉴定出产生培育造血干细胞微环境的细胞
Mol. Cell：SENP1蛋白在T细胞和B细胞发育中发挥关键性作用
Cell：血祖细胞接受微环境细胞和子血细胞信号维持平衡
Science：细胞内随机性竞争决定B细胞命运
Science：揭示B细胞不均等分裂产生抗体机制
Nat. Genet：发现造血干细胞分化关键性基因Dnmt3a
Nat. Genet：Dnmt3a抑制造血干细胞自我更新基因表达
Cell Stem Cell：揭示造血干细胞来源的秘密
Gene Dev.：麻省理工白头研究所首次发现长链非编码RNA阻止红细胞死亡
doi:10.1038/ncb2453
PMC:
PMID:
Direct sensing of systemic and nutritional signals by haematopoietic progenitors in Drosophila
Jiwon Shim, Tina Mukherjee & Utpal Banerjee
The Drosophila lymph gland is a haematopoietic organ in which progenitor cells, which are most akin to the common myeloid progenitor in mammals, proliferate and differentiate into three types of mature cell—plasmatocytes, crystal cells and lamellocytes—the functions of which are reminiscent of mammalian myeloid cells. During the first and early second instars of larval development, the lymph gland contains only progenitors, whereas in the third instar, a medial region of the primary lobe of the lymph gland called the medullary zone contains these progenitors, and maturing blood cells are found juxtaposed in a peripheral region designated the cortical zone. A third group of cells referred to as the posterior signalling centre functions as a haematopoietic niche. Similarly to mammalian myeloid cells, Drosophila blood cells respond to multiple stresses including hypoxia, infection and oxidative stress. However, how systemic signals are sensed by myeloid progenitors to regulate cell-fate determination has not been well described. Here, we show that the haematopoietic progenitors of Drosophila are direct targets of systemic (insulin) and nutritional (essential amino acid) signals, and that these systemic signals maintain the progenitors by promoting Wingless (WNT in mammals) signalling. We expect that this study will promote investigation of such possible direct signal sensing mechanisms by mammalian myeloid progenitors.
