研究小组揭示了动物骨骼造血的新奥秘

近日，中国海洋大学海洋动物遗传学与繁殖教育部重点实验室、方宗熙海洋生物进化与发展研究中心传来重大消息。中国工程院教授、中国海洋大学教授包振民和王师团队在国际权威学术期刊《科学进步》上发表了动物骨骼造血研究领域的突破性成果，首次揭示造血干细胞巢在无脊椎动物骨骼中普遍存在，为了了解动物骨骼造血系统的起源和演变提供了全新的视角。

大约5.4亿年前，寒武纪生命爆发以矿化骨骼动物爆发为标志，奠定了当今地球生物多样性的基本蓝图，但其原因一直是进化生物学的关键谜题。长期以来，无脊椎动物的外骨被视为无生命矿化物，而脊椎动物骨髓的终身造血功能被视为其“独特”的关键创新，是教科书中的经典认知。

作为海洋中最大的动物类别，软体动物也是寒武纪初期起源的主要矿化骨骼动物类别之一。早期研究发现，贝类的外骨骼(贝壳)有许多令人费解的生长习性，与脊柱动物的造血骨骼有着惊人的联系，但很难用传统的认知来解释。

研究小组在一个实验“错误”中取得了关键突破。在用常规软件组织的核酸提取方法处理新鲜贝壳时，不小心检测到了大量具有生物活性的RNA分子，这意味着贝壳中有许多活细胞。面对从坚硬不透明的贝壳中研究细胞功能的巨大挑战，经过多年的研究，团队成功建立了适合无脊椎动物外骨骼的干细胞研究体系。

团队通过多组学遗传分析、细胞体外培养和诱导分化、活体动物细胞跟踪和功能验证等系统研究，获得了一系列独创性发现。首先，贝壳中造血干细胞的比例高达40%-60%，远高于高等脊柱动物骨髓中造血干细胞或前体细胞的比例一般低于10%。其独特的高比例干细胞保持机制可以为再生医学领域干细胞治疗的研发提供重要启发。其次，从多个维度证明，贝类造血谱系与高等脊柱动物造血谱系具有同源性，打破了造血脊柱动物骨骼造血系统的“高级”。

据悉，“造血干细胞巢在无脊椎动物骨骼中普遍存在”的原始发现是世界上第一次发现跨动物世界中保守的普遍干细胞巢，颠覆了骨骼造血为脊椎动物进化创新的传统理念，回答了无脊椎动物造血干细胞的来源之谜。这一成果不仅为了了解动物造血系统的发源演变提供了一个全新的视角，也为海洋动物干细胞的研究开辟了一个新的领域和方向。

这项研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省泰山学者计划等项目的资助。