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你知道可愛的血小板哪來的嗎?| 工作細胞

原標題:你知道可愛的血小板哪來的嗎?| 工作細胞

前言:久違的《工作細胞》動畫終於出第二季了!說起來在 biokiwi 剛剛創辦的時候,恰好是《工作細胞》第一季播出的時間,我們也抓緊更新了一系列科普的文章(可點擊下方鏈接回顧),這次我們也是卯足了勁,來給大家講講新一季《工作細胞》背後有趣的生命科學知識。

正如標題和前言提到的,我們今天的文章和剛剛播出的動畫《工作細胞》第二季有關。新播出的動畫講述了一個叫做「戴反帽親」的血小板不斷成長的故事;

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還出現了一個全新的角色,巨核細胞;
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那麼問題來了:巨核細胞和血小板是一種什麼樣的關係呢?血小板會經過什麼樣的成長曆程呢?我們就來給大家扒一扒動畫背後的生命科學故事吧!

基於第一季的內容,我們也寫過一篇關於血小板的介紹,大家感興趣可以點開圖片看看

血小板的來源:巨核細胞

關於可愛的血小板的起源,就要從動畫中出現的一個新角色說起了:一幅社會老大姐形象的巨核細胞。
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動畫中的巨核細胞儼然一副師父的形象

又是督促又是獎勵

其實巨核細胞本身的來頭也值得仔細講講:它是經歷複雜的形成過程,由造血幹細胞分化而成的。高中學過的生物知識告訴我們,人類是一種二倍體生物,有23 x 2 = 46條染色體,並且通過有規律的複製和分裂,我們可以把細胞內的染色體維持在一個穩定的數目。
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漫畫中關於各種工作細胞們的起源,可以看到巨核細胞和血小板的關係 | 圖源:工作細胞漫畫

但是巨核細胞就比較特殊了,它的染色體會發生複製,但是細胞不會分裂,所以它的染色體數目會快速增長:46條、92條、192條、384條,甚至是768條、1536條,這為血小板的產生提供了充足的物質來源。

同時也就導致了它這個聽起來很大的名字,巨核細胞,而實際上它確實很大——它是骨髓中最大的細胞,也是數量最少的那一種,僅佔全部細胞的0.01%。

逐漸增大的體積,也是巨核細胞在產生血小板時的「蓄力」。巨核細胞的細胞膜會逐漸內折,形成內陷膜系統(invaginated membrane system, IMS,以前則被稱為分界膜系統DMS),大概就是在巨大的細胞里形成了一個個小隔間,而這些小隔間在未來就會成為血小板的樣子。
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電子顯微鏡下的巨核細胞(A)以及內陷膜系統(B中的IMS) | 圖源:Machlus K R, Italiano J E.

形成內陷膜后,巨核細胞就會行動起來了:它們開始向骨髓的血竇壁靠近,同時細胞里的微管蛋白也會開始發揮作用,就好像支帳篷的骨架一樣,在巨核細胞的膜表面形成突起,一定程度后與巨核細胞分離,也就形成了前血小板(preplatelet)。

(腦補一下,動畫里巨核細胞身上蹦出一個個血小板的樣子,好傢夥)
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電子顯微鏡下的前血小板(#和*標註)與血小板(^標註) | 圖源:Machlus K R, Italiano J E.
新生成的前血小板會立刻穿過血竇壁進入血管內,其內的微管還會繼續延伸,促使它們再次分裂,形成我們熟悉的血小板。
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來我們回顧一下剛剛講的血小板的起源 | 圖片翻譯自:Machlus K R, Italiano J E.

血小板「短暫的一生」

經過這麼一番折騰,血小板也總算是形成了可以參与凝血的工作了。但是動畫中出現了一段有趣的劇情:不是那麼機靈的「戴反帽親」,因為覺得自己不是個很合格的血小板,在血管中努力鍛煉自己。
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那麼血小板都這麼費勁才形成,理論上應該是一個成熟的形態了,它們還會這樣「鍛煉」自己嗎?

答案是會的。

我們前面說到前血小板和血小板的形成,研究發現它們的分裂非常需要微管的作用,同時可能需要流動到肺部、或者脾臟才能形成成熟的血小板。這個過程可能就是動畫原作者構想的血小板要通過鍛煉成熟的過程了(不過這個地點一般不會在頭部的血管附近)。
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顯微鏡下血小板分裂的過程 | 圖源:Schwertz H, et al.

此外,也有研究發現不同的血小板會產生不同的大小和形態,而更大的血小板就可以應對更大的傷口,形成更大的血栓,比如動畫里出現的頭部腫包,可能就會需要更強大的血小板才能實現止血。

但是動畫因為擬人化的表達難免也會有不準確:比如血小板其實只有短短8-11天的「壽命」,而其中更是只有最初的兩天才能發揮凝血的功能,所以動畫里血小板可能要經常換人了;

同時一個巨核細胞可以產生1000到3000個血小板,所以動畫里巨核細胞帶領的血小板隊伍應該會極為龐大;

在血小板逐漸失去功能時,肝臟和脾髒的吞噬作用就會發揮作用,清除掉已經失去功能的血小板。

現實就是如此的殘酷。

凝血因子可不簡單

我們再看回動畫,又有一幕非常感人的畫面:為了搶救飛落的凝血因子,血小板奮不顧身一躍而下要去搶救珍貴的凝血因子。
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有著好奇小腦瓜的各位不知道會不會有疑問:這凝血因子具體是個什麼東西?真的有這麼珍貴嗎?
凝血因子其實是一大類物質的統稱。科學家們很早就意識到,血液凝固需要很多物質的幫助,只是經過了上百年的探究,才總算是還原出了一套「凝血瀑布」的凝血機制。
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最關鍵的12種凝血因子一覽 | 圖源:生理學第8版

所謂「凝血瀑布」其實是一種凝血的級聯放大機制:物質A產生了物質B,會促進物質C產生物質D,進而不斷促進,使反應往前推進。

最早在1905年,Paul Morawitz 根據以前對於凝血酶和纖維蛋白的研究,就歸納出了一個含有四種凝血因子的「初級凝血瀑布」:凝血素被激化形成凝血酶,凝血酶再催化纖維蛋白原形成纖維蛋白(也就是動畫中血小板的那張止血的大網)。
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早在20世紀初就歸納出的初級凝血瀑布

| 圖源:生理學第8版

之後的百年間,科學家們慢慢探尋到了新的凝血因子,將這個「凝血瀑布」的反應過程逐漸細化,凝血的機制也逐漸清晰:
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複雜的凝血過程 | 圖源:生理學第8版

凝血過程中一旦有任何環節出現差錯,丟失了某種凝血因子,就可能出大問題。我們熟知的不能正常凝血的血友病,就是8號、9號或者11號凝血因子(FVIII, FIX, FXI)丟失導致的,依次也對應了A、B、C三種血友病類型。

而血小板的作用就是在凝血酶的促進下,增強「凝血瀑布」的規模,進而加強凝血的效果。

現在看回奮不顧身的血小板,你應該也知道凝血因子的重要性了吧?
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血小板存活時間短,這麼努力讓自己成熟,還那麼奮不顧身地為你身體止血,而且這麼可愛,你又有什麼理由不好好愛護自己身體呢?

不管怎麼說,講了這麼多,我永遠喜歡血小板(狗頭.jpg)。

參考資料

朱大年, 王庭槐. 生理學.第8版[M]. 人民衛生出版社, 2013.

Machlus K R, Italiano J E. The incredible journey: From megakaryocyte development to platelet formation[J]. Journal of Cell Biology, 2013, 201(6): 785-796.

Thon J N, Italiano J E. Platelet formation[C]//Seminars in hematology. WB Saunders, 2010, 47(3): 220-226.

Schwertz H, Köster S, Kahr W H A, et al. Anucleate platelets generate progeny[J]. Blood, The Journal of the American Society of Hematology, 2010, 115(18): 3801-3809.

林麗莎. 被《工作細胞》刷屏后 你該知道凝血瀑布是什麼了吧? . 中國科學院昆明植物研究所 http://www.kib.cas.cn/kxcb/kpwz/201808/t20180809_5054241.html

Douglas S. Coagulation history, Oxford 1951–53[J]. British journal of haematology, 1999, 107(1): 22-32.