哺乳动物成熟的红细胞一般由骨髓造血干细胞分化而来,分化过程中间分成几个过程,其中网织红细胞还是有细胞核和线粒体的,进一步形成成熟的红细胞是没有线粒体(包括细胞核)。进入血液循环的红细胞都是成熟的红细胞,即无线粒体和细胞核。几乎所有的哺乳动物都是如此(除了骆驼、长颈鹿,他们的红细胞是有细胞核的,不知为何?)
再看鸟类、爬行类、两栖类,他们的红细胞是有细胞核的,也有线粒体。它们的造血方式不同于大多数哺乳动物,红细胞可以进行有丝分裂增殖。鸟类也没有骨髓。于是我在想,哺乳动物红细胞的发育在进化上有什么特殊意义呢?哺乳动物为什么要进化出没有任何细胞器的红细胞呢?还有,在红细胞发育过程中,究竟是什么机制使得红细胞前体能够将细胞核和线粒体等排除胞外?又是什么基因调控的呢?血小板的发育可能和红细胞类似!
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比较说来,鸟类和哺乳动物究竟有什么不同呢?我提出我所能想到的:(1)哺乳动物是胎生的,而鸟类是卵生的,此二者不同之处在于,发育初期,哺乳动物母体需要通过血管网络将自身血液“灌流”给胎儿(出生后,胎儿自身的血液才开始真正循环),而卵生的鸟类血细胞则由受精卵发育而来;如果哺乳动物母体的红细胞含有线粒体,那么释放的氧会不会被线粒体自身优先使用,怎样确保胎儿可以得到充分的氧;胎儿自身的血红蛋白也进化出了新的形式。(2)哺乳动物可能具有特殊的微循环系统。(3)二者血红细胞的携氧量是不同的,会不会源于血红蛋白的差异?
哺乳动物血小板的发育和红细胞有着惊人的相似。二者可能都是细胞分裂的碎片。不同是血小板是源于白系祖细胞,而血红细胞则是红系祖细胞。血小板既然是白细胞分裂出的碎片,而母细胞尚存。我在想,红细胞是不是也是前体细胞分裂出的细胞碎片,剩下的是一堆细胞核和线粒体等等,然后这个部分开始发生“自噬”?或者凋亡?线粒体正是凋亡启动的途径之一。这个过程是怎样的现在还不清楚。只是知道红细胞的生成是和EPO(红细胞生成素)相关!
线粒体会不会是干细胞的开关?从进化的角度上说,线粒体存在于真核细胞中肯定早于多细胞生物的出现。细胞的分裂是个很耗能的过程,所以鸟类的受精卵里有大量的线粒体,人类的细胞也是如此,似乎分化程度越高,线粒体的数量越少,分布也越不均匀。血红细胞是一个例子,它没有线粒体,能量的代谢类似于低等的厌氧生物——糖酵解供能!成熟的皮肤上皮细胞线粒体也几乎没有,而真正的皮肤干细胞存在毛囊中(science文章)。肝脏细胞,即肝细胞也有某种干细胞的特性,所以肝脏可以再生。神经元虽然也有线粒体,但是分布极不均匀,集中在突触附近。精子也有线粒体,但是精卵融合时,线粒体并不入卵,主要是提供运动的动力。不一而足。
“Loss orGain”,确实,进化的本质可能并非得到,也许是失去。研究干细胞,线粒体不能忽视。化学里有一个部分是讲化学反应动力学,其中有“过渡态”一说,反应物吸收能量形成“过渡态”,稍作停留,根据不同的条件生成不同的产物,继而放出能量。这是就单个化合物而言。那么干细胞是不是可以看成是细胞反应过程中的过渡态呢?随着给予条件的不同,可以分化成不同类型的细胞。过渡态也有长短,所以干细胞也可以几乎不需要,因为细胞系之间可以跳跃(Nature文章),或者因为这个过渡态的时间短得无法测量。同理产物在某种条件下也可以变成原先的反应物,也需经过过渡态,是否就是iPS呢?
以上是由哺乳动物成熟红细胞为何没有线粒体想到的,假如认真的研究研究,搞清楚哺乳动物红细胞分化的细节,对干细胞的认识也很有帮助的。