骨髓里很拥挤，各种干细胞、祖细胞，包括免疫细胞的前体细胞，全都挤在骨髓腔里。周围的细胞能够营造特殊的环境来支持、保护这些细胞，这一特殊的具有保护性的环境被称作“干细胞龛”。我们对干细胞龛，或者称之为间质细胞，与免疫细胞干细胞的早期前体细胞在骨髓里的相互作用知之甚少。沈博（Bo Shen）等人在小鼠身上发现运动能够刺激一种间质细胞和免疫干细胞之间的信息交流，使小鼠具有更强的抵抗力。这一研究结果发表于《自然》杂志。

骨髓中，各种各样的干细胞和祖细胞在空间和功能上紧密相连。比方说，间充质干细胞和祖细胞可以发育成骨骼、脂肪，同时他们也是造血干细胞和造血祖细胞干细胞龛的关键组成部分。造血干细胞负责产生所有的血细胞，包括免疫细胞。在小鼠体内，一些间充质祖细胞会产生名为“干细胞因子”的信号蛋白，而这一蛋白对造血干细胞的生存和功能尤为关键。间充质祖细胞也会表达一种细胞表面蛋白：瘦素受体（LepR）。表达瘦素受体的细胞（LepR+细胞）存在于骨髓中不同区域，像小动脉和血窦这两种血管周围。沈博的研究关注的是参与维持干细胞龛的部分LepR+细胞。

通过分析LepR+细胞的基因表达，沈博发现一个LepR+细胞亚群同时表达另一种标记蛋白：骨凝集素（Oln）。研究组培育出表达荧光标记骨凝集素细胞的小鼠，并发现这些表达骨凝集素的间质细胞（Oln+间质细胞）分布在小动脉周围，但血窦周围没有这样的细胞。他们随后发现这些细胞都是寿命较短的成骨祖细胞。成骨祖细胞会发育成组成骨骼的成骨细胞，而成骨细胞在骨骼再生中扮演着重要角色。

沈博和他的同事随后培育了一种变异小鼠，其体内的Oln+间质细胞缺乏编码干细胞因子的基因。研究发现，这些Oln+间质细胞不分泌干细胞因子并不影响骨髓中造血干细胞或者其他类型的造血祖细胞，但是确实减少了共同淋巴祖细胞（CLP）的数量。共同淋巴祖细胞则会发育成免疫细胞之一的淋巴细胞。研究人员认为，Oln+间质细胞能够帮助共同淋巴祖细胞的产生和生存。

基于这一思想，他们阐明了Oln+间质细胞和共同淋巴祖细胞分布在骨髓内十分接近的位置。研究人员随后用李斯特单胞菌感染这些变异小鼠。通常情况下，正常小鼠体内的淋巴细胞可以很快清除李斯特单胞菌。但变异小鼠因为共同淋巴祖细胞数量减少无法产生足够的淋巴细胞来完成这份工作，所以清除李斯特单胞菌的效率比正常小鼠低得多。

众所周知，在运动过程中，对骨骼的机械刺激可以促进骨质形成。因此在最后一组实验中，沈博把小鼠放在有转轮的笼子里，发现跑步能够同时提高小鼠骨髓内Oln+间质细胞和共同淋巴祖细胞。研究组发现Oln+间质细胞同时表达一种机械敏感的离子通道Piezo 1，而在敲除这一蛋白的小鼠体内共同淋巴祖细胞的数量异常低。基于这些信息，作者揭示了一个先前未知的通路：机械运动刺激机械敏感蛋白Piezo 1，活化的Piezo 1诱导成骨祖细胞表达干细胞因子来维持共同淋巴祖细胞，从而控制免疫系统的部分功能。

沈博发现了小鼠体内的一种沿小动脉分布的骨细胞的前体细胞，这些细胞表达瘦素受体蛋白和骨凝集素。任何动作，尤其是运动，都能够对骨骼产生机械刺激，激活这些细胞表面机械敏感的离子通道Piezo 1。这会产生两种效果：第一是刺激细胞分化，诱导骨质形成；第二是它诱导细胞表达和分泌一种信号分子，也就是干细胞因子，来帮助维持周围的共同淋巴祖细胞。这些成骨祖细胞对共同淋巴祖细胞的维持作用使它们能够准备好分化成免疫系统中的淋巴细胞来对抗细菌感染。

沈博的研究揭示了机械敏感的成骨细胞祖细胞在对抗细菌感染中的作用，这一发现是令人兴奋的。运动能够刺激免疫系统是众所周知的，而沈博及其同事的工作为这一现象提供了解释。如果这一发现在人类身上同样成立，那么沈博及其同事的工作就能直接应用于临床。举例来说，当前研究中未发现的通路应该能够用于发展更好的通过动作增强免疫细胞反应的疗法。合理的下一步工作应是检验小鼠主动的跑步能否提高其清除细菌感染的能力。

机械运动传感在骨生理中起到重要的作用。但这一作用同样存在于其他细胞类型中——例如胰腺祖细胞，小肠干细胞和血管内皮细胞。尽管对骨髓外干细胞龛知道得不多，血管及内皮细胞是形成干细胞龛的首要候选。很可能在将来我们会发现，在形成干细胞龛的内皮细胞中，机械运动传感同样能够维持其他类型的干细胞或者祖细胞。如果是这样，沈博及其同事的研究成果将在干细胞生物研究中具有广泛的应用前景。

资料来源 Nature