2024年8月9日，阿尔伯特·爱因斯坦医学院Ulrich Steidl、Britta Will、Xin Gao教授团队，在国际知名期刊Science（IF=56.9）在线发表题为：Regulation of the hematopoietic stem cell pool by C-Kit–associated trogocytosis的论文。 研究了控制造血干细胞（HSC）行为的复杂机制。该研究揭示了HSC调控的一个新方面，突出了trogocytosis（胞啃）的作用。trogocytis是一种细胞在HSC及其与巨噬细胞相互作用中交换膜物质的过程。

造血干细胞（HSC）通常从骨髓（BM）动员到血液循环中用于临床移植。然而，单个干细胞离开骨髓的确切机制尚不清楚。研究人员确定了可动员造血干细胞池的细胞外源性和分子决定因素。研究人员发现，一部分HSC在其细胞表面显示巨噬细胞相关标记（F4/80）。尽管功能齐全，但与缺乏巨噬细胞标志物的干细胞相比，这些造血干细胞选择性地保留生态位，而巨噬细胞标志物在被迫动员后会离开骨髓。HSC上的巨噬细胞标志物可以通过胞啃作用（trogocytosis）直接从小鼠和人类环境中的骨髓驻留巨噬细胞转移而获得，并由受体酪氨酸蛋白激酶C-Kit（CD117）调节。总之，这一研究提供了概念证明，即成体干细胞利用吞噬作用快速建立和激活调节功能的分子机制。

介绍：

造血干细胞 （HSC） 产生所有类型的血细胞，并确保造血系统的终生维持和补充。这些成体干细胞存在于骨髓 （BM） 中的特殊微环境中，但表现出一种独特的行为，即其一小部分细胞群不断从 BM 中排出，进入血液循环——这一过程被称为“干细胞动员”。在临床上，通过暴露于粒细胞集落刺激因子 （G-CSF） 或 C-X-C 趋化因子受体 4 型 （CXCR4） 拮抗剂，通过药理学调节造血细胞因子信号传导来强制 HSC 动员，从而利用这一特性。从外周血中获取动员的造血干细胞用于随后的造血干细胞移植，例如，用于治疗癌症、自身免疫性疾病和其他疾病患者。

原理：

控制个体造血干细胞动员到血液中的机制尚不完全清楚。此外，目前的治疗方案在相当大比例的患者中无法刺激足够数量的 HSC 的 BM 流出。因此，我们分析了从小鼠分离的 HSC 表面表达的蛋白质，并研究了大多数 HSC 能够保留在 BM 中而其他 HSC 可以被动员的机制。

结果：

研究者发现，大部分 HSC 在其细胞表面显示巨噬细胞相关标记物，包括 F4/80 和 CD169。我们评估了表达或不表达巨噬细胞标志物的 HSC 的长期再生多谱系再繁殖能力以及在强制动员或衰老时从 BM 动员的能力。巨噬细胞标志物呈递的造血干细胞功能完全，并且大部分保留在 BM 中，而没有可检测到巨噬细胞标志物呈递的干细胞在强制动员时很容易退出 BM。利用 HSC 和巨噬细胞的体外共培养，我们发现 HSC 可以使用滋养细胞增多 （TROGPos HSCs）——一种表面分子的快速而活跃的转移机制，其中质膜片段从一个细胞运输到另一个细胞。在干细胞因子存在下，滋养细胞作用受损。因此，我们利用遗传和药理学小鼠模型，以及基于原代人类细胞的测定法，来追踪巨噬细胞膜材料如何转移到造血干细胞上。这些努力将受体酪氨酸激酶 C-Kit 确定为干细胞细胞细胞增多症的标志物，并表明在其细胞表面呈递高 C-Kit 的 HSC 可以参与这种机制，从邻近的巨噬细胞获取 CXCR4，以增加干细胞在生态位中的保留。

结论：

研究者发现了一个可定义的可动员干细胞库，并证明巨噬细胞的膜片段转移可以被 HSC 功能化以保留 BM。我们的研究提供了概念证明，即成体干细胞可以利用滋养细胞作用快速建立和激活功能调节分子机制。这些发现对在临床上开发更有效的 HSC 动员策略具有重要意义，可能通过利用 C-Kit 的药理学损伤。它们还将激发人们的努力，以描述造血干细胞在其他情况下使用滋养细胞增多作用来急性获得功能的程度，以及造血系统可能在多大程度上使用滋养细胞作用介导的细胞杀伤来消除有缺陷的干细胞。

该研究首先检查了HSC的表型特征，发现一个重要的亚群表达F4/80，一种典型的巨噬细胞标志物。这一发现表明HSC和巨噬细胞之间存在潜在的联系，而巨噬细胞通常与免疫功能有关。研究人员继续证明，与F4/80阴性HSC相比，F4/80+HSC的再生能力更低。移植后受体小鼠的嵌合体降低证明了这一点，表明F4/80+HSC可能对造血系统的再生没有那么有效的贡献。

进一步研究F4/80+和F4/80-HSC的动员潜力显示出显著差异。F4/80+造血干细胞对动员具有抵抗力，即使在通常促进造血干细胞释放到血液中的条件下，也会留在骨髓中。这种顽固行为在G-CSF和AMD3100（常用于临床环境的CXCR4拮抗剂）等各种动员刺激中是一致的。HSC上F4/80表达的年龄相关性变化也与动员模式相关，老年小鼠的F4/80+HSC减少，动员的HSC增加。

然后，该研究探讨了HSC获取巨噬细胞相关标志物背后的机制。利用能追踪CD169表达的遗传模型，研究人员发现HSC不仅可以通过细胞转移获得F4/80，还可以获得CD169。这种转移不是由于HSC本身内基因表达的增加造成的，而是通过从邻近巨噬细胞摄取膜物质形成的。验证实验表明，荧光标记TdTomato可以在小鼠和人类系统中从巨噬细胞转移到HSC。

研究人员深入研究了这种细胞转移的功能影响，重点研究了CXCR4的作用——CXCR4是一种对HSC在骨髓中的保留至关重要的趋化因子受体。他们观察到F4/80+HSC在其细胞表面显示出更高水平的CXCR4，与它们对CXCR4配体CXCL12的反应性增强有关。这表明，从巨噬细胞中获取CXCR4可能是HSC在骨髓生态位中保留的关键因素。

该研究确定了胞啃作用是介导膜物质从巨噬细胞转移到HSC的机制。时间过程分析和在较低温度下抑制转移的现象证明，这个过程很快，需要直接的细胞接触。肌动蛋白聚合的参与，如细胞松弛素D对转移的抑制所示，进一步支持了胞啃在这种细胞相互作用中的作用。

该研究还强调了受体酪氨酸激酶C-Kit在HSC胞啃中的调节作用。干细胞因子（SCF）是C-Kit的配体，它的存在会损害胞啃作用，表明C-Kit信号传导可能会负调控这一过程。伊马替尼（imatinib，一种泛酪氨酸激酶抑制剂）的使用进一步证实了这一点，它可以减少造血干细胞中的胞啃作用。该研究还观察到c-Kit表达与HSC上F4/80表达呈正相关，强化了c-Kit在HSC行为中的调节作用。

将这些发现扩展到人类造血干细胞，作者也观察到巨噬细胞标志物的存在。特别是与动员的外周血造血干细胞相比，骨髓来源的造血干细胞的巨噬细胞标志物表达更高。C-Kit表达与人类HSC中巨噬细胞标志物存在之间的相关性与小鼠模型中的观察结果相似，强调了这些发现的转化相关性。

总之，此研究全面了解了HSC和巨噬细胞之间的复杂相互作用，揭示了胞啃作用是调节HSC行为的关键机制。这项研究不仅加深了我们对HSC生物学的理解，还为制定治疗策略开辟了新的途径，可能改善HSC在临床应用如造血干细胞移植中的动员。

相关研究：

2022年9月22日，Science发表题为Quality assurance of hematopoietic stem cells by macrophages determines stem cell clonality研究论文，巨噬细胞是造血干细胞HSC质量的控制者。详情参考链接：巨噬细胞对造血干细胞HSC的质量控制。 在2022年9月22日发表的论文中，作者使用了我们荷兰Liposoma的巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes（货号CP-005-005）氯膦酸二钠脂质体巨噬细胞清除套装。在2024年8月9日的这篇研究中，作者使用了巨噬细胞示踪荧光脂质体Dil Liposomes。

原始文献：

Xin Gao et al. Regulation of the hematopoietic stem cell pool by C-Kit–associated trogocytosis. Science 385,eadp2065(2024). 

 https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp2065