造血干细胞(Hematopoietic stem cell,HSC)具有自我更新能力,并且可以分化成所有类型的血液细胞。在哺乳动物中,HSC最早诞生于胚胎期的主动脉-性腺-中肾(Aorta-Gonad-Mesonephros,AGM)区域,随后迁移到胎肝进行大量扩增,最终定植到骨髓维持终生造血。在造血发育的不同阶段,HSC需要归巢到相应的造血组织,接受微环境信号的精细调控。目前对于调控归巢过程的分子与细胞机制以及体内动态过程仍知之甚少。斑马鱼造血发育的过程及分子机制与哺乳动物高度保守,胚胎体外发育,通体透明,非常适合活体观察体内造血发育的动态过程。因此,我们利用光转换技术和高分辨率活体成像技术,建立了内源标记新生造血干祖细胞(Hematopoietic stem and progenitor cell,HSPC)并在整个尾部造血组织(Caudal hematopoietic tissue,CHT,对应哺乳动物胎肝)观察其归巢行为的研究系统。Itga4突变体存在归巢缺陷,因此我们将其作为归巢研究的阴性对照。通过与itga4突变体对比,我们发现了HSPC归巢发生的时间规律。进一步结合时间和空间信息,我们发现在尾部静脉丛的上方存在明显的归巢热点区域。借助高分辨率成像以及三维重构,我们首次发现归巢热点区域存在独特的静脉窦微血管结构,构成归巢的血管微环境。由于itga4突变体也存在静脉窦微血管结构,因此我们推断除血管外,存在更多的微环境细胞以ITGA4依赖的方式参与归巢过程。进一步研究ITGA4的配体VCAM-1,我们发现,血管内皮通过少量表达VCAM-1使HSPC在血管表面减速滚动。而富集表达VCAM-1的巨噬细胞则在热点区域附近血管腔内小范围巡逻,通过ITGA4-VCAM-1分子对识别HSPC,并引导HSPC稳定归巢到血管微环境。我们将这群VCAM-1~+细胞命名为“先导细胞”。综上所述,我们建立了一套全新的标记HSPC及其微环境的归巢观察体系,解析了体内归巢的动态过程,并阐明了HSPC归巢的分子与细胞基础,不仅拓展了人们对于归巢的认识,同时也为HSPC的临床应用提供了新的研究方向。