成体干细胞驻留在维持, 规范和保护他们. 现在，人们对保护的需求如何推动进化过程中这些生态位位置的变化有了新的认识.
组织特异性干细胞在维持和补充构成特定组织或系统的所有特化细胞方面发挥着至关重要的作用, 因此，在有机体的整个生命周期中保留它们的功能至关重要. 因此，这些成体干细胞驻留在称为干细胞生态位的专用微环境中, 有助于调节和保护干细胞. 在页面上 445, Kapp 等人1 研究了影响造血干细胞和祖细胞微环境位置的因素 (HSPC), 产生所有血细胞谱系. 他们的发现提供了对利基位置的进化驱动因素的见解.
干细胞生态位有几个共同点, 无论它们维持的组织干细胞类型如何. 他们提供结构支持, 能够从本地或远程来源获取分子信号, 产生有助于将干细胞固定在该位置并有助于调节干细胞代谢的蛋白质 . 来自生态位的线索也限制了不必要的干细胞分裂, 大概都是为了防止干细胞耗竭 (干细胞失去再生细胞谱系的能力) 并最大限度地减少 DNA 复制过程中出现的基因突变的数量, 保持基因组的保真度.
研究人员获得的有关 HSPC 利基的大部分信息都是从小鼠研究中获得的. 这些分析表明, 开发期间, 血统有几个不同的位点3: 在小鼠中, HSPC 及其利基市场发生变化, 取决于发育阶段. 而且, 果蝇成年 HSPC 群体的研究4,5, 以及斑马鱼6,7 和其他脊椎动物3, 揭示了不同物种的不同生态位位置——鸟类和哺乳动物的骨髓, 鱼的肾脏, 和青蛙的肝脏8, 例如.
几乎发表的理论 40 多年前指出，陆地动物中的 HSPC 生态位在能够最大限度地减少电离辐射损害的地点进化9, 假设水可以为水生生物提供保护，使其免受紫外线的破坏. 卡普等人. 着手研究最小化损害的需要是否会影响模型生物斑马鱼中的 HSPC 生态位位置, 它们往往栖息在几乎没有紫外线防护的清澈水体中. 在胚胎阶段, 斑马鱼大部分是透明的, 使它们非常适合使用荧光标记细胞进行实时成像. 然而, 作者发现 HSPC 群体的可视化始终被称为黑素细胞的色素细胞遮蔽.
研究人员利用基因工程培育出缺乏黑色素细胞的斑马鱼, 发现HSPCs发育正常, 表明色素细胞对于 HSPC 的维持不是必需的. 然而, 这一发现提出了一个问题： (如果有的话) 黑素细胞群与 HSPC 的关系. 卡普和同事进行了一系列巧妙的实验来调查. 他们对鱼进行基因改造，使其缺乏黑色素细胞色素沉着, 并表明紫外线辐射对这些鱼造成的 DNA 损伤程度高于对照组, 以及 HSPC 死亡人数的增加. 下一个, 他们麻醉了有色素的鱼, 导致他们仰面翻转. 这再次消除了黑素细胞物理位置提供的保护, HSPC 被紫外线迅速损坏. 因此, 黑素细胞通过产生物理不透明屏障来抵御紫外线照射，从而保护 HSPC (如图. 1).
造血干细胞和祖细胞 (HSPC), 产生血细胞谱系, 居住在称为“生态位”的特殊微环境中，有助于保护它们免受 DNA 损伤. 一个, Kapp 等人1 描述了斑马鱼中靠近 HSPC 生态位的一群称为黑素细胞的色素细胞. 细胞就像一把不透明的伞, 保护 HSPC 免受紫外线照射. 乙, 作者对鱼进行了麻醉, 导致他们仰面翻转. 黑素细胞不再保护 HSPC 免受紫外线损伤, 证明色素细胞提供了物理屏障, 而不是通过信号机制起作用.
卡普等人. 接下来表明这种黑色素细胞“伞”也存在于其他鱼类中, 以及青蛙, 在发育过程中，黑素细胞在细胞迁移到骨髓之前屏蔽了蝌蚪中的 HSPC 生态位. 该位置没有黑素细胞的鱼可能在进化过程中处于选择性劣势, 因为他们的 HSPC 不会受到保护伞的保护，并且会受到紫外线的伤害. 这将导致 HSPC 数量减少, 每天暴露在紫外线下可能是致命的.
这些发现提出了一个问题：水生生物是否已经进化，使得其他重要的生物, 脆弱的细胞也受到物理屏蔽——无论是黑素细胞还是其他精心定位的细胞——以防止紫外线引起的损伤. 确定有多少其他组织特异性干细胞在鱼类中利用了这种类型的物理保护将会很有趣.
HSPC 是否位于受黑素细胞保护的位置仍有待观察, 或者是否可以通过来自血液干细胞微环境的信号来招募或刺激黑素细胞增殖. 另一个问题是为什么 HSPC 在陆地脊椎动物中寻找不同的生态位. HSPC 定期离开其位置并在血液中循环, 而其他成体干细胞, 虽然能够移动, 往往更加静态. 的确, 卡普等人. 强调了成年林蛙的这种流动性, 其中 HSPC 的位置根据季节而变化——可能是由于紫外线暴露的变化所致. 这种移动性可以增强 HSPC 寻找替代地点的能力，从而更好地保护它们免受损害. 骨骼将完全包裹干细胞, 从各个角度提供防护罩. 骨髓中的利基可能还有其他好处, 例如较低的氧气含量, 可以防止其他形式的 DNA 损伤.
鱼类已经进化出通过光依赖性 DNA 修复来减轻紫外线引起的 DNA 损伤的能力 . 事实是, 尽管有这个能力, HSPC 似乎面临着寻求额外保护的进化压力，凸显了维持组织干细胞保真度的重要性. 身体保护可能对造血系统具有特殊价值, 因为血细胞的周转率很高. 如果 HSPC 无法重建血细胞群, 该生物体可能会死于贫血或感染.
最后, 可以预测，迁移潜力低于 HSPC 的其他组织特异性干细胞更容易受到损伤, 因为他们不太可能转移到保护性生态位. 通过深入了解保护造血干细胞所采取的进化步骤, 我们也许能够制定策略来保护这些细胞类型, 完善当前的生态位，以更好地维持长寿生物体的干细胞潜力, 包括人类.
