来源:中国科学报 发布时间:2023/8/24 19:58:18
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人类卵黄囊,“小器官”竟然“三合一”

 

 像鸡、鸭嘴兽和其他从蛋中孵化的动物一样,人类在胚胎时期也有一个卵黄囊。对许多脊椎动物来说,这个“育儿袋”具有多种作用,包括保存蛋黄,因为这是一种营养丰富的液体,有助于滋养胚胎。


然而,人类卵黄囊的功能尚不清楚。它不含蛋黄,在妊娠中期减少,取而代之的是胎盘提供了“喂养”后代的关键营养。8月18日发表于《科学》的一项新研究表明,人类卵黄囊具备发育后期出现的肝脏和肾脏等器官的功能。这一发现可以帮助研究人员在实验室中创造更好的胚胎模拟物,并设计出培养免疫细胞的新方法。


“关于人类卵黄囊的研究一直很缺乏。”未参与该研究的丹麦南丹麦大学发育生物学家Anthony Carter说,这项新工作“在获取数据方面取得了巨大突破”,由此人们可以了解受孕后最初几周发生了什么。


尽管在大多数哺乳动物中,卵黄囊从未产生与其同名的物质,但它并未退化。在老鼠体内,卵黄囊制造出胚胎的第一个血细胞,并转送子宫产生的营养分子。在成年啮齿动物的一些组织中,被称为巨噬细胞的免疫细胞也是卵黄囊细胞的“后代”。


但研究人员不能确定卵黄囊在人类胚胎中是否起着类似或其他作用,部分原因是他们很难获得相关的组织样本,这些样本来自堕胎后捐赠的胚胎。论文作者之一、英国维康桑格研究所免疫学家Sarah Teichmann说,一些研究表明,与老鼠一样,人类的卵黄囊结构也会为胚胎产生原始血细胞,但结果并不是决定性的。“人类的证据有点模糊。”


为更深入研究卵黄囊的功能,Teichmann、免疫基因组学家Muzlifah Haniffa及同事从英国的一个生物库中获得了人类卵黄囊样本。这些样本来自4周至8周大的胚胎。接下来,研究人员分析了组织中的基因活动,以确定存在哪些细胞,以及它们有什么作用。


数据证实,人类胚胎也在卵黄囊中产生第一批血细胞。研究小组报告称,受孕后仅4周,该结构就含有造血干细胞、巨噬细胞和其他种类的循环系统细胞。随着发育进行,卵黄囊将这项工作交给正在形成的肝脏,之后肝脏将其转交给骨髓,后者是成人血细胞的“诞生地”。


研究表明,与其他物种一样,人类的卵黄囊是一个多任务系统。它携带分解毒素的蛋白质,并产生凝血所需的蛋白质——这是早期胚胎的一项关键能力。人体结构中的几种酶参与脂质和糖的代谢,这一发现表明,尽管卵黄不足,卵囊仍能提供营养。


成年人的肾脏大量分泌促红细胞生成素,这是一种刺激红细胞形成的激素,而卵黄囊似乎是早期胚胎中这种物质的来源。Carter说,红细胞的形成在发育过程中“非常重要”。


研究小组还发现,卵黄囊利用一条意想不到的捷径产生巨噬细胞。当一种免疫细胞成熟时,它通常会经历一个被称为单核细胞的中间阶段,但卵黄囊产生的巨噬细胞会绕过这一阶段。作者说,学习如何在实验室培养皿中复制这一途径可以使培养巨噬细胞变得更容易,这可以帮助那些试图利用这些细胞治疗癌症和修复受损组织的研究人员。科学家还测试了人类是否像小鼠一样,后者的卵黄囊产生的巨噬细胞仍存在于成年组织中。初步调查结果证实了这一点。


Haniffa说,结果显示,“在早期发育过程中,有一种结构对胚胎至关重要”。多功能的卵黄囊“是三合一的”,它执行的任务稍后会交给肝脏、肾脏和骨髓。


Haniffa和Teichmann补充说,研究人员已经制造出胚胎样的细胞团来研究早期发育。但使用这种模拟胚胎的一个挑战是,它们在早期阶段即停止了发育。


“我们很早就有了这个小器官,它有这么多功能,这很令人兴奋。”Carter说。


人类卵黄囊是否承担其他任务还有待观察。


相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.add7564


 
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