《Cell Death Discovery》脂质组学揭示循环中人类网织红细胞终末成熟的奥秘

为探究红细胞生成脂质组学及网织红细胞成熟机制，意大利帕维亚大学研究人员分离不同细胞亚群研究脂质组，成果对红细胞生理研究意义重大。

　　

在血液的微观世界里，红细胞的发育历程一直是科学家们热衷探索的神秘领域。红细胞的 “前身” 网织红细胞，在骨髓中诞生后，会进入血液循环，逐渐成熟为能运输氧气的红细胞。然而，尽管科研人员对红细胞的研究已历经漫长岁月，但在 “组学” 蓬勃发展的时代，红细胞生成过程中的脂质组学却依旧是一片有待开垦的 “处女地”。网织红细胞在血液循环中究竟如何一步步成熟为功能完备的红细胞，这一关键过程也大多隐藏在重重迷雾之中。这些知识空白不仅阻碍了我们对红细胞生理的深入理解，也限制了相关疾病治疗手段的研发，比如在红细胞体外培养用于输血方面，就面临着诸多难题。因此，深入探究这些问题显得尤为迫切。

为了揭开这些谜团，意大利帕维亚大学（University of Pavia）的 Giampaolo Minetti 等人开展了一项极具意义的研究。研究人员通过分离不同成熟阶段的人类循环网织红细胞和不同年龄的红细胞亚群，并对它们的脂质组进行了详细的特征分析。这一研究成果意义非凡，不仅为红细胞生理学和红细胞生成的基础研究提供了新的视角，还为后续深入研究蛋白质 - 脂质相互作用、膜结构以及脂质运输机制等关键领域打开了一扇新的大门。该研究成果发表于《Cell Death Discovery》期刊。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。样本方面，从当地输血中心采集人类血液样本，并进行白细胞去除等预处理。细胞分离上，利用 “CD71 MicroBeads” 系统和 Percoll Plus 密度梯度离心法，成功分离出不同成熟阶段的网织红细胞（RY、RM）和不同年龄的红细胞亚群（EY、EM、EO） 。在细胞形态观察时，使用扫描电子显微镜（SEM）对固定后的细胞进行成像。脂质分析则借助高分辨率质谱技术，对提取的脂质进行定量测定。蛋白质检测采用 SDS - PAGE 和 Western blotting 技术，分析相关蛋白质的表达情况。

研究结果主要围绕以下几个方面展开：

• 细胞大小和形状：研究人员从单个血液样本中成功分离出代表较年轻的网织红细胞 RY（约占总血细胞的 0.1 - 0.2%）和较成熟的网织红细胞 RM（约占总血细胞的 0.4 - 0.5%），同时还分离出年轻（EY）、中年（EM）和老年（EO）红细胞亚群。通过扫描电子显微镜观察发现，几乎所有网织红细胞都呈现出双凹圆盘状的形态，与成熟红细胞在静态下从形态学角度几乎难以区分。并且，随着未成熟网织红细胞（RY）成熟为红细胞（E_tot），其投影面积直径大约会减小 10%。此外，在循环网织红细胞成熟过程中，Band 3 和血影蛋白（spectrin）的含量会下降，而膜筏特征脂质鞘磷脂（SM）和胆固醇则会选择性地保留在膜上，与此同时细胞表面积减小。

• 脂质变化：对不同细胞亚群脂质含量的回归分析表明，从网织红细胞到红细胞，胆固醇和 SM 相对总脂质的含量增加，而磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰丝氨酸（PS）则减少。例如，SM 从年轻网织红细胞（RY）开始相对含量显著增加，到成熟红细胞阶段（EM）趋于平稳；PC 则先减少，在红细胞循环生命的后半段（从 EM 到 EO）又有所增加。溶血磷脂酰胆碱（LPC）、PS 和磷脂酰肌醇（PI）在网织红细胞成熟和红细胞衰老过程中含量持续显著下降；磷脂酰乙醇胺（PE）相对含量则先增加后减少。当把胆固醇与 SM 合并计算时，其在网织红细胞向红细胞成熟过程中显著增加。

• 磷脂亚类变化：不同磷脂亚类在细胞群体中的相对丰度也发生了变化。PC 亚类中，含有饱和酰基链的亚类相对总 PC 减少，而含有不饱和酰基链的亚类相对增加，且 RY 成熟为 EM 时，多数 PC 亚类相对含量接近血浆中的含量。PE 亚类可分为两组，一组含相对较短和更多饱和脂肪酸的亚类随成熟相对增加，另一组含较长和更多不饱和脂肪酸的亚类则相反，且与血浆中相应 PE 亚类变化趋势不同。SM 亚类变化程度小于 PC，多数 SM 亚类在网织红细胞成熟时接近血浆脂蛋白中的 SM 组成，且携带少于 20 个碳原子酰胺化脂肪酸的 SM 亚类相对丰度增加，携带 20 个或更多碳原子脂肪酸的 SM 亚类减少。PS 亚类中，含有最长和最多不饱和脂肪酸的亚类相对总 PS 减少更为明显。

• 蛋白 VPS13A 的表达：研究证实了 VPS13A 蛋白存在于人类网织红细胞和红细胞中，且从网织红细胞到老年红细胞，其表达呈进行性和持续性下降，但至少在成熟红细胞阶段仍维持在显著水平，与在细胞循环生命第一周就完全消失的 CD71 不同。

在讨论部分，研究人员指出，他们首次分离出不同成熟阶段的循环网织红细胞和不同年龄的红细胞亚群，这些细胞均为 “正常” 细胞，避免了 “应激” 或 “移位” 网织红细胞以及成熟红细胞的污染。从脂质组成判断，成熟红细胞的发育时间应从传统认为的 1 - 2 天延长至至少一周。研究还支持循环网织红细胞已呈现双凹圆盘状形态的观点。此外，研究人员认为，观察到的膜脂质组成变化可能是由于某些脂质（如 PC、LPC、PI 和 PS）被巨噬细胞选择性去除，同时网织红细胞与细胞外空间存在脂质交换，脂质转移蛋白 VPS13A 可能在其中发挥重要作用，但具体机制仍有待进一步研究。

总的来说，这项研究为红细胞生物学中诸多尚未解决的问题提供了重要线索。网织红细胞在转变为功能性循环红细胞之前的脂质重塑过程极为复杂，其潜在机制值得深入探究，这对于阐明与膜运输系统和膜骨架生物发生相关的蛋白质 - 脂质相互作用具有重要意义。此外，了解脂质转移蛋白在网织红细胞 / 红细胞与环境之间脂质交换中的作用，以及确定血液中网织红细胞成熟的关键调节因子，有望为体外生成完全成熟的红细胞用于输血提供新的思路和方法，对未来红细胞相关疾病的治疗和血液学研究的发展具有重要的推动作用。