科学家发现人造血液生产的关键信号

科学家们距离创造人造血液又近了一步：发现一个关键信号 CXCL12，可以使红细胞的生成更有效率。

几十年来，科学家们一直致力于人工合成血液的研究。如今，康斯坦茨大学和伦敦玛丽女王大学的研究人员取得了一项新发现，取得了重大进展。

在德国，每天大约需要15000单位血液，其中大部分来自捐献者。多年来，包括人工大规模生产在内的其他血液获取方法的研究一直在进行，但距离广泛应用仍远未实现。主要问题在于人体自然产生这种重要液体的机制极其复杂，且鲜为人知。

识别红细胞形成的关键信号

康斯坦茨大学图尔高细胞生物学与免疫学研究所的生物学家朱莉娅·古特贾尔博士研究造血机制。她与伦敦玛丽女王大学的同事合作，发现了一种分子信号——趋化因子CXCL12——它能触发红细胞前体细胞的细胞核排出过程。这是红细胞发育的关键步骤。

“有核红细胞转化为红细胞的最后阶段是细胞核的排出。这个过程是哺乳动物独有的，为参与氧气运输的血红蛋白腾出空间，”古特贾尔解释道。

尽管干细胞成熟为红细胞的过程已近乎优化，但至今仍不清楚哪些因素会触发细胞核的排出。

“我们发现，趋化因子 CXCL12 主要存在于骨髓中，它能够与许多其他因素结合启动这一过程。通过在适当的时间将 CXCL12 添加到有核红细胞中，我们能够人工诱导核排出，”Gutjahr 说。

这对于人造血液生产意味着什么？

这一发现是一项科学突破，有望显著提高未来人造血液的生产效率。然而，仍需进一步研究。

自 2023 年起，Gutjahr 一直在图尔高州细胞生物学和免疫学研究所领导自己的研究小组，继续研究 CXCL12 的作用。

“我们目前正在研究如何使用 CXCL12 来优化人类红细胞的人工生产，”Gutjahr 解释道。

除了在工业红细胞生产中的实际应用外，该研究结果还为细胞机制提供了新的见解：与其他受 CXCL12 刺激后迁移的细胞不同，在有核红细胞中，这种信号被输送到细胞内部，甚至进入细胞核。在那里，它加速细胞成熟并促进细胞核的排出。

玛丽女王大学的安塔尔·罗斯教授说：“我们的研究首次表明趋化因子受体不仅作用于细胞表面，而且作用于细胞内部，这为细胞生物学开辟了全新的视角。”

优化生产，实现广泛应用

如今，干细胞仍然是生产人造血液最有效的方法：大约80%的细胞都会进行细胞核的排出。然而，干细胞来源有限（脐带血、供体骨髓），这使得大规模生产变得不可能。

科学家最近成功地将不同类型的细胞重编程为干细胞，并利用它们生成红细胞。这种方法几乎可以提供无限的细胞来源，但耗时更长，效率也较低：只有40%的细胞会排出细胞核。

Gutjahr 指出：“我们对 CXCL12 关键作用的新发现让我们希望它的使用能够显著提高重编程细胞生产红细胞的效率。”

如果大规模生产成为可能，将会出现广泛的应用：有针对性地生产稀有血型，消除捐献血液短缺，以及再造患者自身血液用于各种疾病的专门治疗。

该研究发表在《科学信号》杂志上。