从概念上来看，干细胞存在于适合保持再生能力的环境（干细胞龛）中。然而，人们此前并不知道不同的干细胞龛是否会导致存在于其中的干细胞的再生能力形成差异，以及它们是否会调节躲避免疫细胞攻击的能力（免疫耐受）。
名古屋大学研究生院医学系研究科讲师古桥和扩、教授丸山彰一、美国哥伦比亚大学博士后研究员垣内美和子、美国哈佛大学博士后研究员上田亮介、副教授藤崎让士等发现，造血干细胞中再生能力最强的干细胞主要位于发夹结构样血管中常见的骨末端，且一氧化氮（NO）高度表达，血流产生的剪切应力可调节干细胞龛中免疫调节分子的表达，并维持干细胞本身的再生能力和休眠状态。相关研究成果发表于《Nature》上。
图1：研究发现，位于造血干细胞层次结构顶端的干细胞高水平表达一氧化氮（NO）。这些NO高表达的造血干细胞（NOhiHSC）被骨末端高表达免疫调节分子CD200的血管所包围。血流剪切应力通过初级纤毛刺激诱导血管内皮中的CD200。在邻近CD200高表达血管的NOhiHSC中，CD200受体介导的NO产生增强了自噬作用，从而维持了高干细胞性和休眠状态。（供图：名古屋大学，详情参见 Nature 论文）
研究表明，这些高表达NO的造血干细胞在稳定状态下处于休眠状态，但在骨髓移植过程中显示出很高的再生潜力。该研究利用骨髓三维成像技术在全球首次证明，CD200在剪切应力作用下高度受压的毛细血管丛中的血管内皮细胞上高度表达。
此外，对该部位的分子分析表明，剪切应力传感器初级纤毛蛋白IFT20的刺激，会诱导包括CD200在内的免疫调节分子在血管中高表达，形成可躲避免疫细胞攻击的部位（免疫特权区）。此外，研究团队还发现，在邻近CD200高表达血管的NO高表达造血干细胞中，CD200受体介导的NO产生可增强自噬，从而在移植时保持较高的再生能力和稳态休眠状态。在骨髓三维成像中，通过免疫分子CD200对干细胞龛进行可视化，干细胞龛的概念也被成功地具体化了。
本研究在分子水平上表明，被认为是干细胞龛中独立功能的免疫特权和干细胞层次结构的维持，是通过免疫调节分子CD200联系在一起。
上述发现通过调节血管和血管周围细胞，为从组织干细胞调节发展到组织再生奠定了基础。此外，癌症组织中也存在类似的癌症干细胞，并被血管包围，因此也有望应用上述发现开发从上游细胞治愈癌症的新疗法。高剪切应力下血管中免疫调节分子的增强参与了局部炎症控制和组织稳态的维持，这一发现有望用于开发免疫抑制、炎症控制和组织再生的新疗法。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature
论文：Bone marrow niches orchestrate stem cell hierarchy and immune tolerance
URL：nature.com/articles/s41586-024-08352-6
