哲學(xué)上有一個(gè)經(jīng)典的理論叫做還原論(Reductionism),認為一切事物都可以用更簡(jiǎn)單或更基本的現象來(lái)描述。用在生物學(xué)和醫學(xué)上,即是沿著(zhù)器官、組織、細胞、分子這樣的路線(xiàn)逐層深入,以圖解釋某些生理現象。笛卡爾就曾表示,“一切非人類(lèi)動(dòng)物都可以分解成一種自動(dòng)運作的機器”。這種簡(jiǎn)化理論無(wú)疑是在暗示,一切系統都只不過(guò)是其各個(gè)部分的總和。
然而生命的真相并不像物理或數學(xué)那樣簡(jiǎn)潔單純。固然,一個(gè)系統完全由它的各個(gè)部分組成,但是這個(gè)系統將具有所有部件都沒(méi)有的功能,部件的組合將產(chǎn)生更高層次的功用。
隨著(zhù)科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的日益專(zhuān)業(yè)化,對單一器官和疾病的研究即將到達極限。泛癌圖譜便是一個(gè)很好的例子。想要探索和模擬人體的機能,需要從更加廣闊的視角著(zhù)手。從整體看細節,我們一次又一次發(fā)現生命令人驚奇的真相。
人體的“生命之泉”血液有著(zhù)諸多神奇之處,譬如肺也是一個(gè)造血器官,又譬如我們今天要說(shuō)的,造血
干細胞的功能竟要賴(lài)以肝臟維持!
這項研究來(lái)自哥倫比亞大學(xué)的華人學(xué)者LeiDing團隊,論文發(fā)表在頂級期刊《科學(xué)》雜志上。研究者發(fā)現,在造血干細胞(HSC)功能維持中具有關(guān)鍵作用的促血小板生成素(TPO),竟是來(lái)自
肝細胞而不是
骨髓細胞[1]!特異性敲除肝臟中的TPO,將會(huì )迅速導致骨髓中的造血干細胞耗竭。而敲除其他相關(guān)細胞中的TPO并不會(huì )對造血干細胞的數量和功能造成影響。
我們都知道,細胞的功能除了自己本身的“努力”,與周?chē)毎?ldquo;支持”也是分不開(kāi)的。造血干細胞也是這樣,它的功能維持離不開(kāi)與周邊微環(huán)境的相互作用[2]。一般來(lái)說(shuō),我們認為其中起關(guān)鍵作用的主要是上皮細胞、間充質(zhì)細胞等骨髓的組成細胞[3]。
當然了,考慮到機體是一個(gè)整體,其他的組織和器官也會(huì )一定程度上參與造血干細胞的功能,腎臟分泌的促紅細胞生成素(EPO)和卵巢分泌的雌激素都能夠刺激造血功能。不過(guò)說(shuō)是影響,也就意味著(zhù)它們的角色作用有限,多一個(gè)不多,少也不會(huì )少得太過(guò)。所以科學(xué)家們一直覺(jué)得,來(lái)自“遠處”器官的信號,是不會(huì )對造血功能有決定性作用的。
一項脫胎于果蠅的研究給科學(xué)家們提了個(gè)醒。在果蠅中,嗅覺(jué)功能通過(guò)體內γ-羥基丁酸(GABA)的水平?jīng)Q定著(zhù)造血祖細胞的增殖能力[4]!這不由得讓人猜測,在哺乳動(dòng)物中是不是也具有這樣看起來(lái)八竿子打不著(zhù)的“領(lǐng)導關(guān)系”呢?
你別說(shuō),還真的有!
在造血干細胞功能維持的必備清單中,有這樣一種激素,叫做促血小板生成素(TPO),也叫做巨核細胞生長(cháng)和
發(fā)育因子(MGDF)。它被發(fā)現的第一個(gè)功能,是促進(jìn)巨核細胞的形成與分化,進(jìn)一步促進(jìn)血小板的生成。后來(lái),研究者又發(fā)現,它和它的受體c-MPL在造血干細胞功能維持中也具有十分重要的作用,缺乏這二者之一,會(huì )導致嚴重的血小板缺乏癥和骨髓耗竭。
但是TPO身上還有一個(gè)謎團——我們并不知道這種激素是哪來(lái)的。
實(shí)際上,很多種細胞都會(huì )積極轉錄TPO基因,包括成骨細胞、巨核細胞和骨基質(zhì)細胞等。不過(guò)對TPO基因mRNA的翻譯卻被控制得十分嚴格,科學(xué)家們并不知道以上提到的哪種細胞是TPO真正的合成場(chǎng)所。
從直覺(jué)來(lái)想,應當是骨髓或骨骼相關(guān)的細胞吧?遺憾,直覺(jué)這次又錯了。
研究者對各組織細胞進(jìn)行了qRT-PCR檢測,發(fā)現在成骨細胞、骨髓基質(zhì)細胞和肝細胞中,TPO都有一定程度的轉錄,肝細胞尤甚。同時(shí),研究者利用熒光手段標記了產(chǎn)生的TPO蛋白,結果肝細胞中綠光瑩瑩,骨髓細胞中卻沒(méi)有絲毫檢測到熒光的跡象!可見(jiàn),TPO實(shí)際上是產(chǎn)生于肝臟中的!
那么其他細胞就一點(diǎn)兒都不摻和TPO合成嗎?研究者一一進(jìn)行了實(shí)驗。研究者特異性敲除了對應組織中的TPO基因,并照顧這些小鼠長(cháng)到8周大。檢測結果卻顯示,這些小鼠的造血干細胞數量和功能都不受影響,說(shuō)明這些細胞并不合成TPO,或者它們合成的TPO極極極少。
這個(gè)套路在肝細胞上卻行不通了。特異性敲除肝細胞中的TPO基因之后,這批小鼠造血功能受到了極大的損害,骨髓中造血干細胞數量?jì)H有對照組的24分之一!各種造血干細胞和造血祖細胞分裂分化出的成熟細胞數量也所剩無(wú)幾。
這足夠讓我們得出結論,造血干細胞的功能,關(guān)鍵竟在于“遙遠”的肝臟!
硬要扯一下肝臟和造血的關(guān)系的話(huà),在胚胎時(shí)期,肝臟和脾臟都會(huì )短暫地承擔一部分造血工作,不過(guò)在出生以后,就只有骨髓(和肺)是造血器官了。為什么這個(gè)時(shí)候肝臟還會(huì )在幕后發(fā)揮這么大的作用呢?LeiDing教授給出了他的猜測:“肝臟是人體內主要的代謝器官,一定程度上,它匯總了所有關(guān)于機體狀態(tài)的信息。這些信息可能它從整體上對另外的器官進(jìn)行調控。”[5]
這里不由得贊一句,生命真是奇妙!細想下來(lái),很多細胞在體外表現出的功能與體內完全不同,或許也是有更多像肝臟這樣的“幕后大佬”在操縱呢,而我們以前認為的這個(gè)器官就是這個(gè)功能,這些認知可能完全是錯誤的——至少也有部分需要修正了。