科學家發現肺的新功能: 造血!

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事情剛剛變得複雜

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研究人員發現,肺在哺乳動物體內扮演著遠比我們所想的還要複雜的角色,新的證據揭露,它們不僅僅促進呼吸,而且在造血方面,扮演著關鍵的角色。

在涉及老鼠的實驗中,研究小組發現肺每小時製造超過1千萬個血小板(微小的血液細胞),相當於動物循環系統的大多數血小板。這違反了幾十年的假設,骨髓製造所有血液的成分。

來自加州大學舊金山分校的研究人員還發現一個以前不知道的血液幹細胞池,讓造血在肺組織內發生,這些細胞在以前被錯誤地假定是主要存在於骨髓中

研究人員之一的Mark R. Looney說:「這項發現肯定啟發更複雜的肺臟觀點。肺不僅僅是為了呼吸,而且還是血液重要部分的形成的關鍵夥伴。」

「我們在這裡觀察到的老鼠強烈暗示,肺也可能在人類的血液形成扮演關鍵的角色。」

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雖然已知肺會製造限量的血小板,以前已經確定被稱為巨核細胞(megakaryocyte)的血小板形成細胞存在於肺。科學家長期認為,大多數負責造血的細胞是保存在骨髓內。

在這裡,被稱為造血作用(haematopoiesis)的過程被認為是大量生產裝滿氧的紅血球、對抗感染的白血球、以及血小板。血小板是凝血所需的血液成分,用來阻止出血。

但是科學家現在從在肺組織內發揮功能的巨核細胞觀察到,造出了不是一些、而是大部分身體的血小板。

那麼我們怎麼會在這一整段時間,錯過這樣一個關鍵的生物過程呢?

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這項發現是有可能透過一項基於雙光子活體影像(two-photon intravital imaging)的新型技術來做到。這項技術和在本週由不同團隊所使用的技術類似,那個團隊使用那項技術發現到以前沒有被確定的腦部小腦功能。

這個過程涉及到將名為綠色螢光蛋白(green fluorescent protein,GFP)的物質插入到老鼠的基因組,這種蛋白質是由生物發光動物天然產生的,例如水母,對活體細胞無害。

和以前不一樣,當它們實際在身體四周循環時,老鼠的血小板開始發出明亮的綠色螢光,使得團隊能夠追踪他們的路徑。

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他們注意到肺組織內有數量相當驚人的製造血小板的巨核細胞,最初不覺得怎麼樣,把它們看作是通常與骨髓有關。

團隊的一位成員Emma Lefrançais說:「當我們發現到這一大堆巨核細胞群似乎是居住在肺臟內時,我們意識到我們不得不採取進一步行動。」

他們發現這一大堆巨核細胞實際上在老鼠肺裡每小時製造超過1千萬個血小板,意味著至少有一半的血小板是在肺裡產生。

這裡是它看起來的樣子:

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進一步的實驗還揭露出大量以前隱藏的血液幹細胞和巨核細胞的先驅細胞(progenitor cell,產生巨核細胞和紅血球的細胞),就位在肺組織外部,每隻老鼠的肺大概有1百萬個。

當研究人員追踪巨核細胞的整個’生命週期’時,發現它們可能源自於骨髓,然後依它們的路徑進入肺裡,在那裡開始製造血小板。

團隊的一位成員Guadalupe Ortiz-Muñoz說:「實在很迷人,巨核細胞一路從骨髓行進到肺,來製造血小板。」

「由於血液的力學力(mechanical force),或者由於某些我們還不知道的分子訊號,肺有可能是製造血小板的理想生物反應器。」

藉由將帶有螢光的巨核細胞先驅細胞的肺移植到血小板數量低的老鼠身上,這些研究人員想要研究他們的發現是否可以在未來影響我們如何治療像是肺部發炎、出血的疾病和移植。

移植的肺製造出大量的血小板,迅速回補減少的血小板數量到正常程度,並持續好幾個月。

另一項實驗測試如果骨髓沒有在造血發揮作用,會發生什麼事。

這個團隊把帶有螢光的巨核細胞先驅細胞的肺,移植到被改造成骨髓中沒有血液幹細胞的老鼠身上。

正如Michael Irving在New Atlas報導,他們觀察到當螢光細胞從移植的肺依它們的路徑進入到骨髓時,不僅協助製造血小板,而且還協助製造其他關鍵的血液成分,例如嗜中性白血球(neutrophil)、B細胞和T細胞。

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這些研究成果需要在人類身上進行複製,然後才能夠肯定地知道同樣的過程正在自己的身體內發生。但對於在可能是最被低估的器官之一的隱藏功能,這項研究提供了強有力的理由。

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這也可能促使科學家進一步研究骨髓和肺如何在一起工作,來製造我們的血液供給。

來自美國國家心肺與血液研究所(US National Heart, Lung, and Blood Institute)、沒有參與這項研究的Traci Mondoro在一份新聞稿中說:「幾十年來,已經知道肺可以製造血小板,但這項研究藉由證明老鼠的肺是這個過程的主要參與者,來增強這個想法。」

「關於血小板相關的造血作用的肺部作用,Looney和他的團隊瓦解了一些傳統觀念,為這種整合生物學(integrated biology)的進一步科學探索鋪路。」

這項研究刊登在自然期刊(Nature)

「語音合成由賽微科技提供」

來源:ScienceAlert