国家海洋水产种质资源库在动物骨骼造血研究领域取得突破性发现

6月25日，国家海洋水产种质资源库共建单位中国海洋大学包振民院士和王师教授团队在国际权威学术期刊Science Advances上发表了题为“Widespread presence of bone marrow-like hematopoietic stem cell niche in invertebrate skeletons”的最新研究成果。该研究在国际上首次揭示了无脊椎动物骨骼中普遍存在造血干细胞巢，颠覆了骨骼造血为脊椎动物特有的传统观念，为理解动物骨骼造血系统的起源和演化提供了全新视角。

寒武纪生命大爆发（距今约5.4亿年前）作为地球生命演化史上最重大的创新事件之一，以矿化骨骼动物的爆发式涌现为标志性特征，奠定了现今地球生物多样性的基本蓝图。但这一现象的成因至今仍是演化生物学的核心谜题之一，也被称为生命演化史上的重大“悬案”。长期以来，无脊椎动物的外骨骼被视为无生命的矿化物（“无生命的石头”）。软体动物（俗称贝类）是海洋中最大的动物门类，也是寒武纪早期起源的主要矿化骨骼动物类群之一。前期研究发现，贝类的外骨骼（即贝壳）展现出诸多令人费解的生物学特性，如作为细胞培养添加物可显著维持脊椎动物干细胞活性，具有促进成骨细胞矿化能力。这些现象与脊椎动物造血骨骼存在惊人的关联性，却难于用传统认知合理解释。贝壳是否可能蕴藏着尚未被认知的生命奥秘？这些惊人现象背后存在怎样的生物学机制？ 

破解该谜题的关键突破口，源于研究团队在一次实验“失误”中取得的意外发现：在用常规软体组织核酸提取方法处理新鲜贝壳的过程中，意外检测到大量具有生物活性的RNA分子，暗示贝壳中存在大量活细胞，并非“无生命的石头”。面对从坚硬、不透明贝壳中研究细胞功能的巨大技术挑战，团队经过多年攻关，成功建立了适用于无脊椎动物外骨骼的干细胞研究体系，并最终通过多组学遗传解析、细胞体外培养和诱导分化、活体动物细胞示踪和功能验证等系统性证据层面揭示了贝壳内存在造血干细胞巢，取得以下原创性发现：

1.高丰度的造血干细胞：与高等脊椎动物骨髓中造血干细胞或前体细胞极低比例（通常<10%）相比，贝壳内的造血干细胞比例高达40%-60%，深入理解其独特的高比例干细胞维持机制可为再生医学领域干细胞治疗领域的研发提供重要启示。

2.造血谱系的古老同源性：从组学特征、遗传调控机制、干细胞微环境、发育起源和分化、以及生物学功能等多个维度均支持与高等脊椎动物造血谱系具有同源性，打破脊椎动物骨骼造血系统为“高等演化”的传统认知，为理解动物造血系统起源和演化提供重要参考。

3.“造血-矿化”双潜能分化：发现贝类造血干细胞同时具有生物矿化功能，不仅挑战了外套膜作为唯一贝壳矿化组织的传统认知，同时揭示造血与矿化在动物祖先的深层次演化联系。

4.骨骼造血跨物种保守性：发现动物界主要类群的矿化骨骼中均存在造血干细胞巢，揭示动物祖先造血干细胞核心调控基因集，骨骼干细胞巢的出现可能是寒武纪动物大爆发的重要驱动力之一。

图1 贝类造血干细胞巢的发现及功能系统解析

图2 骨骼干细胞巢的重大演化创新与寒武纪动物大爆发成因新学说

“无脊椎动物骨骼内普遍存在造血干细胞巢”的原创性发现，为迄今国际上首次发现存在跨动物界保守的普适性干细胞巢，是生命科学领域的重要进展，颠覆了骨骼造血为脊椎动物特有演化创新的传统观念，解答了长期困扰学术界的无脊椎动物造血干细胞来源之谜。该项原创发现不仅为理解动物造血系统起源演化提供了全新视角，也为海洋生物干细胞研究开辟了新领域和新方向。

中国海洋大学是国家海洋水产种质资源库共建单位之一，为国家资源库提供黄渤海主要养殖贝类、鱼类等活体、标本、细胞、基因等实物资源，核心种质资源的表型、基因型、分子标记数据库信息资源，及扇贝种质资源的结构特征和遗传多样性解析，并为养殖企业、养殖合作社、养殖户等提供优质扇贝苗种资源服务，技术培训与指导。