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| 中國海洋大學(xué)在動物骨骼造血研究領(lǐng)域取得突破性發(fā)現(xiàn) |
| http://www.telavivconventioncenter.com 2025年6月30日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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6月25日，中國海洋大學(xué)海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點實驗室、方宗熙海洋生物進化與發(fā)育研究中心包振民院士和王師教授團隊在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Science Advances上發(fā)表了題為“Widespread presence of bone marrow-like hematopoietic stem cell niche in invertebrate skeletons”的最新研究成果。該研究在國際上首次揭示了無脊椎動物骨骼中普遍存在造血干細胞巢，顛覆了骨骼造血為脊椎動物特有的傳統(tǒng)觀念，為理解動物骨骼造血系統(tǒng)的起源和演化提供了全新視角。
寒武紀(jì)生命大爆發(fā)（距今約5.4億年前）作為地球生命演化史上最重大的創(chuàng)新事件之一，以礦化骨骼動物的爆發(fā)式涌現(xiàn)為標(biāo)志性特征，奠定了現(xiàn)今地球生物多樣性的基本藍圖。但這一現(xiàn)象的成因至今仍是演化生物學(xué)的核心謎題之一，也被稱為生命演化史上的重大“懸案”。長期以來，無脊椎動物的外骨骼被視為無生命的礦化物（“無生命的石頭”）。與之相對，脊椎動物骨骼則被認(rèn)為是活的“器官”，其內(nèi)骨髓具有終身造血功能，被視為脊椎動物在生命演化史中“特有”的關(guān)鍵創(chuàng)新，常被教科書列為經(jīng)典認(rèn)知和生物演化的典型案例。
圖1 脊椎動物具有造血功能的內(nèi)骨骼與無脊椎動物的外骨骼
軟體動物（俗稱貝類）是海洋中最大的動物門類，也是寒武紀(jì)早期起源的主要礦化骨骼動物類群之一。前期研究發(fā)現(xiàn)，貝類的外骨骼（即貝殼）展現(xiàn)出諸多令人費解的生物學(xué)特性，如作為細胞培養(yǎng)添加物可顯著維持脊椎動物干細胞活性，具有促進成骨細胞礦化能力。這些現(xiàn)象與脊椎動物造血骨骼存在驚人的關(guān)聯(lián)性，卻難于用傳統(tǒng)認(rèn)知合理解釋。貝殼是否可能蘊藏著尚未被認(rèn)知的生命奧秘？這些驚人現(xiàn)象背后存在怎樣的生物學(xué)機制？
破解該謎題的關(guān)鍵突破口，源于研究團隊在一次實驗“失誤”中取得的意外發(fā)現(xiàn)：在用常規(guī)軟體組織核酸提取方法處理新鮮貝殼的過程中，意外檢測到大量具有生物活性的RNA分子，暗示貝殼中存在大量活細胞，并非“無生命的石頭”。面對從堅硬、不透明貝殼中研究細胞功能的巨大技術(shù)挑戰(zhàn)，團隊經(jīng)過多年攻關(guān)，成功建立了適用于無脊椎動物外骨骼的干細胞研究體系，并最終通過多組學(xué)遺傳解析、細胞體外培養(yǎng)和誘導(dǎo)分化、活體動物細胞示蹤和功能驗證等系統(tǒng)性證據(jù)層面揭示了貝殼內(nèi)存在造血干細胞巢，取得以下原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)：
1.高豐度的造血干細胞：與高等脊椎動物骨髓中造血干細胞或前體細胞極低比例（通常<10%）相比，貝殼內(nèi)的造血干細胞比例高達40%-60%，深入理解其獨特的高比例干細胞維持機制可為再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域干細胞治療領(lǐng)域的研發(fā)提供重要啟示。
2.造血譜系的古老同源性：從組學(xué)特征、遺傳調(diào)控機制、干細胞微環(huán)境、發(fā)育起源和分化、以及生物學(xué)功能等多個維度均支持與高等脊椎動物造血譜系具有同源性，打破脊椎動物骨骼造血系統(tǒng)為“高等演化”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為理解動物造血系統(tǒng)起源和演化提供重要參考。
3.“造血-礦化”雙潛能分化：發(fā)現(xiàn)貝類造血干細胞同時具有生物礦化功能，不僅挑戰(zhàn)了外套膜作為唯一貝殼礦化組織的傳統(tǒng)認(rèn)知，同時揭示造血與礦化在動物祖先的深層次演化聯(lián)系。
4.骨骼造血跨物種保守性：發(fā)現(xiàn)動物界主要類群的礦化骨骼中均存在造血干細胞巢，揭示動物祖先造血干細胞核心調(diào)控基因集，骨骼干細胞巢的出現(xiàn)可能是寒武紀(jì)動物大爆發(fā)的重要驅(qū)動力之一。
圖2 貝類造血干細胞巢的發(fā)現(xiàn)及功能系統(tǒng)解析
圖3 骨骼干細胞巢的重大演化創(chuàng)新與寒武紀(jì)動物大爆發(fā)成因新學(xué)說
“無脊椎動物骨骼內(nèi)普遍存在造血干細胞巢”的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，為迄今國際上首次發(fā)現(xiàn)存在跨動物界保守的普適性干細胞巢，是生命科學(xué)領(lǐng)域的重要進展，顛覆了骨骼造血為脊椎動物特有演化創(chuàng)新的傳統(tǒng)觀念，解答了長期困擾學(xué)術(shù)界的無脊椎動物造血干細胞來源之謎。該項原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)不僅為理解動物造血系統(tǒng)起源演化提供了全新視角，也為海洋生物干細胞研究開辟了新領(lǐng)域和新方向。
海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點實驗室、方宗熙海洋生物進化與發(fā)育研究中心包振民院士、王師教授和王靜教授為本文的共同通訊作者，連姍姍副教授、胡乃娜、陳曉妹、戴曉婷等博士研究生為論文共同第一作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、山東省泰山學(xué)者計劃等項目資助。
通訊員：王志剛
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