体外红细胞培养中脂质补充的选择影响网织红细胞产量与特性

为什么在实验室培养血液很重要

现代医学依赖献血，但供应常常紧张，并非每位患者都能安全接受任何供体的血液。因此，科学家们致力于在实验室培育红细胞，作为可靠且可定制的后备来源。本研究提出了一个看似基础但至关重要的问题：当我们在体外培养年轻的红细胞（网织红细胞）时，给予它们的脂肪和胆固醇类型是否会改变它们的功能表现？

红细胞的特殊“皮肤”

红细胞在被挤压通过微小血管时每天要经历数千次挤压，但它们能存活数月之久。这得益于其不同寻常的外部“皮肤”：由蛋白质构成的灵活骨架锚定在富含胆固醇的膜上。与大多数细胞不同，红细胞膜中多达一半的脂质是胆固醇。这样的平衡使细胞既坚固又有弹性。胆固醇过少，膜会变得脆弱；过多则会变硬。在人体内，胆固醇平衡被破坏会缩短红细胞寿命并降低氧气输送效率。要让实验室培养的血液像真实血液一样工作，就必须复制这种精细调节的膜结构。

测试不同的实验室培养配方

研究人员使用了标记有CD34的人类干细胞，这类细胞在给予适当的生长因子后可分化为红细胞。他们保持基础培养配方不变，但更换主要的脂质（脂肪和胆固醇）来源。一组使用人类AB血清——长期用于红细胞培养的血液分馏产物。另一组使用经过溶剂-去污剂处理以灭活病毒的混合血浆制品。第三组在该处理过的血浆中额外补充了一种富含胆固醇的脂质混合物。在为期20天的培养中，团队跟踪了细胞的增殖量、有多少成功排出细胞核成为网织红细胞，以及这些年轻细胞在过滤和操作中的可处理性，模拟制备用于输注时的情形。

胆固醇贫乏的血浆产生较弱的细胞

用AB血清培养的细胞扩增良好，并产生能够较有效通过标准血液过滤器的网织红细胞，这表明它们具有足够的可变形性，表现类似正常红细胞。相比之下，仅用溶剂处理血浆培养的细胞增殖较少，更重要的是，经过滤后产生的网织红细胞很少，提示膜更僵硬、弹性较差。使用荧光胆固醇探针的直接测定以及详细的脂质谱分析证实，与正常血细胞和使用AB血清培养的细胞相比，这些由血浆培养得到的网织红细胞胆固醇显著偏低。细胞似乎能感知到这种缺乏：与胆固醇合成和进口相关的基因与蛋白被激活，表明细胞试图补偿脂质贫乏的环境，但无法完全纠正。

通过恢复胆固醇来挽救功能

当在血浆基培养基中加入额外的富胆固醇脂质时，许多问题得到逆转。过滤产率恢复到接近使用AB血清时的水平，网织红细胞的总胆固醇含量上升至与天然年轻红细胞相当。渗透脆性测试（将细胞置于不断稀释的盐溶液中）显示，胆固醇贫乏的网织红细胞较早破裂，而血清培养和补充胆固醇的细胞表现得更像正常、略为坚韧的网织红细胞。团队还检查了PIEZO1——一种感应机械应力并帮助红细胞调节体积的膜通道。在低胆固醇细胞中，PIEZO1对化学激活剂的响应较差，但在补充胆固醇后其活性得以恢复。甚至疟原虫Plasmodium falciparum侵入这些细胞的能力也随胆固醇含量变化而变化：在胆固醇缺乏的网织红细胞中侵入受限，而在补充胆固醇后恢复正常。

为未来输血找到合适的平衡

综合来看，这些结果表明，在体外培养红细胞时使用的脂质补充种类会显著影响所得网织红细胞的胆固醇含量、强度和行为。人类AB血清天然提供足够的胆固醇以支持健康发育，而某些经处理的血浆制品则不够，除非进行专门补充。需要注意的是，胆固醇补充过多也会使细胞开始变硬，因此需要精细调控。对未来希望接受实验室培养血液的人而言，信息很清晰：把“膜的配方”调对，与培养足够数量的细胞同样重要。通过绘制在不同条件下脂质、代谢物和蛋白质如何变化，这项工作为标准化培养基提供了路线图，使实验室培养的网织红细胞能够真实地模拟天然同类，且在血流中安全、耐久并有效。

引用: Freire, C.M., King, N.R., Dzieciatkowska, M. et al. Choice of lipid supplementation for in vitro erythroid cell culture impacts reticulocyte yield and characteristics. Sci Rep 16, 6632 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37229-z

关键词: 实验室培养的红细胞, 胆固醇与膜, 网织红细胞培养, 血液替代品, 体外造血