科學家發現哺乳動物的肺臟其實有著比我們所知更複雜的功能,肺不只是用來呼吸而已──它也是造血過程的重要角色之一。

§ 翻譯原文:An Unexpected New Lung Function Has Been Found – They Make Blood 

科學家透過小鼠實驗發現,肺臟每小時可製造1000萬個血小板,相當於動物本身循環系統中血小板的數量;這個發現挑戰了數十年來我們認為「血液中的所有成分都是由骨隨製造」的觀念。

舊金山加州大學的研究團發現,有一群過去不曾被發現的造血幹細胞會主導肺部的這項造血功能,這群細胞以前被認為會一直停留在骨隨中。

「這個發現絕對讓肺臟的角色變得更複雜了,它不只是用來呼吸,也是參與血液製造很重要的一分子。」研究員Mark R. Looney說道,「這項小鼠身上的發現,告訴我們人類的肺臟很可能也在造血過程中扮演著重要的角色。」

雖然過去已經知道肺部擁有少部分和血小板形成有關的細胞,稱為巨核細胞 (megakaryocytes),但科學家一直認為大部分和造血功能相關的細胞都被保存在骨隨中。

造血作用 (haematopoiesis) 指的是身體用來製造紅血球 (攜帶氧氣)、白血球 (攻擊病原體) 和血小板 (受傷時幫助凝血) 的過程。

然而科學家現在發現從肺部作用的巨核細胞製造的血小板並非少數──而是佔了全身大部分的血小板。

所以過去我們到底為何漏掉了這麼重要的生物功能?

這項發現的一大功臣是「雙光子活體影像 (two-photon intravital imaging)」,這技術也是本週發現了小腦新功能的研究團隊所使用的。究的過程包括在小鼠的基因中放入綠色螢光蛋白 (GFP)GFP也是水母等生物會用來放出生物螢光的蛋白質,對活體細胞是無害的。當小鼠的血小板細胞在全身隨著血液循環時就會放出綠色螢光,讓研究團隊可以前所未有地追蹤它們的路徑。

他們發現,肺部組織中竟然有令人驚訝地多的巨核細胞,科學家一直把它們視為和骨隨相關的細胞,所以起初覺得非常不合理。「在肺部發現大量的巨核細胞時,我們知道這勢必值得繼續研究。」團隊中的一員Emma Lefrançais說道。他們發現這小鼠肺部的大量巨核細胞每小時可製造1000萬顆血小板,也就是說,整隻老鼠體內一半以上的血小板都是由肺部製造的。

以下影片中可以看到這些細胞的樣子:

進一步的實驗也發現肺的其實停留著過去未曾發現的大量造血幹細胞,以及巨核細胞的先驅細胞(會促進巨核細胞和紅血球的生成)──每隻小鼠的肺部大約有一百萬顆這些細胞存在。這些科學家於是開始追蹤巨核細胞的生命週期,結果發現它們有可能是在骨隨生成,然後移動到肺部製造血小板。

「巨核細胞會從骨隨移動到肺部製造血小板這發現非常神奇;有可能是因為肺部驅動血液的能力、或是某些仍未知的分子訊號,使得肺臟成為製造血小板的理想場所。」研究員之一Guadalupe Ortiz-Muñoz表示。

這些科學家也想了解,他們的發現是否可以影響未來疾病的治療,像是肺部感染、流血和肺臟移植他們將帶有螢光巨核先驅細胞的肺臟移植到血小板數量低下的小鼠體內,結果這顆移植的肺臟在老鼠體內製造了大量的血小板,很快就補足到了正常血小板量,而且這效果持續了好幾個月

另一個實驗中,科學家想知道如果骨髓不再參與造血會發生什麼事?他們將同樣帶有螢光巨核先驅細胞的肺臟移植到事先被基因改造過、骨髓中缺乏造血幹細胞的小鼠體內。接著他們竟觀察到來自這顆移植肺臟的螢光細胞自己移動到骨髓中,不但開始製造血小板,也幫忙製造了屬於白血球的嗜中性細胞、B細胞和T細胞。

雖然這項發現還必須在人體內實驗過才能證明我們的肺臟也會如此運作,但這研究已經提供了強大的證據,證明一個我們可能嚴重低估了的器官所隱藏的功能。

這發現也可能促使科學家開始想研究骨髓和肺究竟如何一起合作造血。「數十年來我們已經知道肺臟可能是製造血小板的器官之一,但這項研究結果透過發現(大鼠的)肺臟是此功能的主角之一,而更加強了這個論點。」美國國家心肺血液研究中心的 Traci Mondoro(非研究團隊成員)在新為稿中如此說道,「Looney和他的團隊打破了某些血小板相關的造血功能中肺部,並為未來這種整合生物學的科學研究道路開闢了一條康莊大道。」

此研究已被發表於期刊《自然(Nature)》中。

lungs full of air
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