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海洋无脊椎动物揭示了人类血液免疫系统的进化

2019-02-25 10:11:36 • 来源：

据斯坦福大学的科学家称，Botryllus schlosseri是一种生活在水下殖民地的海洋无脊椎动物，类似于模糊的针头，附着在岩石上，具有与人类有着惊人相似性的血液形成系统。在一项研究将在网上公布12月5日自然，研究人员报告说，这些卑微的海洋生物可以提供一种方式来了解我们自己的血液 -形成制度，提高我们的免疫功能，并找到新的免疫相关的工具，用于生物学发现。“哺乳动物和Botryllus血液形成系统也共享数百个同源基因，即使这两个物种被超过5亿年的进化分开，”前博士后学者Benyamin Rosental博士说。

海洋无脊椎动物揭示了人类血液免疫系统的进化

Rosental与研究生Mark Kowarsky一起担任该研究的主要作者。资深作者是欧文韦斯曼，医学博士，弗吉尼亚和DK路德维希癌症研究临床创新教授，病理学和发育生物学教授; Stephen Quake，博士，工程学院Lee Otterson教授，生物工程和应用物理学教授; 和高级研究科学家Ayelet Voskoboynik，博士。

研究人员分离出了作为其血液和免疫系统基础的Botryllus干细胞，以及它们在成为成人血液和免疫细胞的过程中产生的祖细胞。“在所有无脊椎动物中，Botryllus血液干细胞和祖细胞与脊椎动物血细胞最相似，所以它们有可能(如果不可能)它们是脊椎动物和无脊椎动物之间的'缺失环节'，”Weissman说。还指导斯坦福干细胞生物学和再生医学研究所和斯坦福大学路德维希癌症中心。

奇怪的特点

Botryllus是一种具有许多奇怪特征的生物。它的生命中有一部分是自由游动的脊椎动物“蝌蚪” - 一种没有椎骨的动物，但有一个叫做脊索的脊柱。然后它将自己附着在一块岩石上，经历变态，失去脊索，尾巴，身体肌肉和两个大脑中的一个，然后沉淀下来，与潮下表面上的其他Botryllus生物一起生活在殖民地中。

在显微镜下，Botryllus殖民地看起来像一束花，虽然实际上每个“花瓣”都是一个独立的生物体，有自己的心脏，鳃，消化系统，大脑和血细胞。菌落中的单独的Botryllus生物共享共同的血液供应，甚至交换细胞。这种血液共享使得精子和卵子的干细胞和身体组织的干细胞可以在整个不断增长的群体中共享。

研究人员表明，Botryllus和哺乳动物的血液系统之间存在着密切的相似之处。他们发现Botryllus有一种特殊细胞的孵化器，称为生态位，可以容纳和支持血液干细胞，很像哺乳动物骨髓中的血液干细胞生态位。他们还发现，Botryllus血液干细胞将从血管到生态位找到自己的方式，就像在哺乳动物中一样。他们在Botryllus中发现了327个参与血细胞形成的基因，这些基因与参与哺乳动物血液形成的基因相似。

此前，Weissman实验室的研究人员表明，一种名为BHF的基因的单一变体调节了单独的Botryllus生物体是否会从自己的身体发出血管并与邻近的个体合并，或者经历免疫排斥，从而阻止血细胞交换。这项新研究确定了BHF如何调节生物体是否在菌落中融合在一起：如果该基因产生的蛋白质被其他菌落认为是兼容的，它就会阻止激活与人体免疫系统相似的排斥过程。自然杀手细胞攻击不是“自我”的组织。

一个优秀的模型

研究人员表示，两种系统之间如此强烈的相似性的发现为研究人员提供了研究哺乳动物中许多生物现象的优秀模型。“哺乳动物的血液干细胞很难找到，一旦发现，就很难跟踪血液干细胞生态位的发生情况，”Voskoboynik说。“Botryllus是一种半透明的生物体，因此我们可以很容易地发现生态位，并在视觉上跟踪每种细胞从身体的一部分迁移到另一部分。”

当一个人对另一个人产生免疫攻击，或两个人融合血管时，也很容易观察到个体生物体内的细胞是如何相互作用的。Voskoboynik说，这可以让科学家更好地了解有机体接受或拒绝外来细胞的原因，这些知识可以提供对器官移植接受和排斥的见解。

“凭借其原始但有效的免疫系统，Botryllus还可以让我们深入了解如何增强我们对病原体和癌症的免疫反应，”Voskoboynik说。“但除了这项研究可能带来的任何实际好处之外，我们很高兴在探索脊椎动物及其血液形成和免疫系统进化的道路上探索这一重要指南。这不是好奇心驱动的科学吗该怎么办?“

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