線粒體網絡與骨髓微環境相互作用調節造血幹細胞命運

HSC 自我更新潛能臨界決定因子：線粒體與骨髓 (bone marrow) 微環境之相互作用

• 為維持低代謝狀態，HSC 中線粒體與 HSC 小生境 (niche) 緊密互作

原始 HSC 位居複雜氧環境

• 位於極度缺氧 (hypoxia) 區
• 亦位於 BM (bone marrow) 動脈周圍及高血管化區域（高氧分張力）
• 缺氧非 BM 小生境促進 LT HSC 保留之唯一機制

動脈 BM 內皮 (endothelial) 細胞的屏障功能

• 為靜息 (quiescent) HSC 創造屏障
• 屏障完整性歸因於內皮細胞清除過量 ROS (reactive oxygen species) 水平之能力
• 主要依賴有氧酵解以避免 ROS 生成
• 提供低 ROS 微環境以保護 HSC 完整性

間充質幹細胞 (mesenchymal stem cell, MSC) 與 HSC 間之線粒體和 ROS (reactive oxygen species) 轉移

• MSC（HSC 小生境另一成分）在高氧化應激條件下清除線粒體及 ROS
• 連接蛋白 (connexin) 43 (CX43) 介導機制
  • CX43 介導 ROS 自 HSC 向 MSC 轉移 → ROS 水平↓
  • 或 CX43 促進線粒體自 HSC 向 MSC 轉移
• 動態線粒體轉移 → 逆向調節低 ROS 生成 → 促進 HSC 自我更新潛能保留

MSC 至 HSC 線粒體轉移之生理反應

• 驅動 HSC 對急性細菌感染之反應
• 線粒體轉移發生於線粒體生物生成 (mitochondrial biogenesis) 爆發轉錄程式激活之前
• 線粒體質量迅速增加 + HSC 代謝改變 → 快速分化 + 白血球 (white blood cell) 擴增
• 需此數量以成功對抗感染

HSC 與 BM 小生境細胞間線粒體相互轉移

• 作為早期生理反應
• 調節 HSC 自我更新潛能或促進 HSC 分化之急應造血 (emergency hematopoiesis)

BM 外源信號與線粒體網絡內源機制之動態關係決定 HSC 命運決策