2018年12月17日 星期一

刘峰研究组关于5-羟色胺调控造血干细胞发育的研究在J Exp Med发表

造血干/祖细胞(Hematopoietic stem and progenitor cells,HSPCs)是一群能自我更新并分化为各种成熟血细胞的多能干细胞。基于其重建血液系统的能力,造血干细胞移植已成功用于治疗白血病等恶性血液疾病。如何体外诱导和扩增足够数量且有功能的HSPCs,是临床上恶性血液疾病治疗的瓶颈,也是基础科学研究的难点和热点之一。其目前尚未成功的根本原因在于我们对HSPCs产生和扩增的调控机制认识仍不全面。因此,应用模式动物深入和系统地研究体内HSPCs产生和扩增过程及其调控机制,将对体外诱导并扩增有功能的HSPCs具有十分重要的指导意义。

 

  刘峰研究员领导的血液与心血管发育研究组早期的工作证实,参与5-羟色胺(5-HT)合成的转录因子Fev(哺乳动物的Pet1)是斑马鱼和人HSPCs发育所必需的关键因子(Blood, 2013);最近的合作研究发现FEV仅在出生前起源的白血病细胞表达,表明其可以作为白血病起源的诊断标记(Leukemia, 2016)。此外,有报道表明,5-HT处理体外培养的人脐带血HSPCs能促进其克隆形成能力,但机制不明。为深入探究5-HT与哺乳动物HSPCs发育的关系,刘峰研究组通过体外集落形成和脾结节实验发现,5-HT处理后的小鼠主动脉-性腺-中肾区(AGM)中HSPCs克隆形成能力显著增强。色氨酸羟化酶2(Tph2)是5-HT合成的限速酶。在其突变体胚胎中(tph2+/-和pet1-cre;tph2+/fl),AGM区造血簇大小和数目显著降低,HSPCs重建受体小鼠造血能力显著下降。为确定调控HSPCs的5-HT的来源,该研究发现Pet1、Tph2和AAAD等(参与5-HT合成的重要转录因子和合成酶)在AGM区内皮细胞和间充质细胞中均有表达。进一步研究表明,内皮细胞特异性缺失tph2(vec-cre;tph2+/fl)的小鼠胚胎中,5-HT在AGM区内皮细胞中会显著降低,HSPCs的发育受到影响。因此,AGM区内皮细胞产生的5-HT参与调控胚胎期HSPCs的发育。

  RNA-seq及生化实验证实,AGM区5-HT的降低会激活AKT-Foxo1介导的促凋亡通路,致使小鼠胚胎造血簇中HSPCs凋亡显著增加。这一过程是由5-HT的受体Htr5a介导的。此外,研究过程中意外地发现,尽管在tph2-/-和pet1-cre;tph2fl/fl胚胎中,凋亡信号显著上调,但AGM区造血簇数量却是正常的。深入研究发现,在完全缺失tph2 的胚胎中,Shh-Nkx2.2-Lmx1b-Pet1通路因负反馈调控而上调,ERK信号被激活,导致造血簇中HSPCs增殖加快,进而使得tph2-/-胚胎中造血发育缺陷得到恢复。

  上述工作首次证实了5-HT在胚胎期HSPCs发育和扩增中的直接作用。该研究不仅拓展和完善了体内HSPCs发育过程的调控机制,同时也为体外诱导和扩增有功能的HSPCs提供了新思路。该研究论文“5-hydroxytryptamine synthesized in the aorta-gonad-mesonephros regulates hematopoietic stem and progenitor cell survival”于 2016年12月28日在线发表于Journal Experimental Medicine(DOI: 10.1084/jem.20150906)。

模式图:5-羟色胺调控小鼠胚胎期造血干细胞发育