电离辐射诱导巨核细胞损伤对造血干细胞稳态的影响作用与机制研究

Bone marrow is the main target organ of radiation injury. Severe radiation injury often leads to bone marrow failure because of the exhaustion of hematopoietic stem cells (HSCs). However, its mechanism is still far from to clarify. Recent studies have found that megakaryocytes which are the offspring of HSCs can reversely regulate the homeostasis of HSCs. As known, megakaryocytes dysfunction is not only one of the main pathological changes of bone marrow induced by radiation, but also an important factor affecting the progression and outcome of patients with radiation injury. Therefore, we presume that ionizing radiation can cause the imbalance of HSCs homeostasis through injuring megakaryocytes, thereby triggering or aggravating HSCs exhaustion and bone marrow failure. Based on this, in this study, by adopting diphtheria toxin induced megakaryocyte conditional knock-out mice, we will firstly reveal the function of megakaryocytes in the regulation of HSCs homeostasis and hematopoiesis recovery after light or moderate radiation injury. Then we plan to explore the influence and underlying mechanism of severe radiation on the survival of megakaryoblast cells and the ability of mature megakaryocytes to secrete certain cytokines, including TGF-β1, PF4 and FGF1. The aim of this study is to uncover the mechanism of HSCs exhaustion and bone marrow failure after radiation and to search for a new and effective approach for its clinical treatment.

骨髓是放射损伤的主要靶器官，骨髓重度放射损伤后常会因为造血干细胞（HSCs）枯竭而引起造血功能衰竭，但其发生机制尚远未阐明。新近研究发现，骨髓HSCs的后代细胞—巨核细胞具有逆向调控HSCs稳态的作用。已知，巨核系造血功能障碍是骨髓放射损伤的一个主要病理改变，也是影响放射损伤患者病情发展与转归的重要因素。因此，我们推测电离辐射可能会通过损伤巨核细胞而导致骨髓HSCs稳态失衡，进而引发或加重HSCs枯竭和造血功能衰竭。基于此，本研究拟采用白喉毒素诱导巨核细胞条件性敲除小鼠，首先明确轻、中度放射损伤后巨核细胞在HSCs稳态调节和造血功能恢复中的作用，进而深入探讨重度放射损伤对骨髓巨核祖细胞存活和成熟巨核细胞分泌相关细胞因子能力的影响及作用机制，并分析巨核细胞放射损伤与骨髓HSCs稳态失衡发生的关系，以进一步揭示骨髓放射损伤后HSCs枯竭和造血功能衰竭的发生机理，并为其救治探寻新的、有效途径。

造血干细胞（HSCs）枯竭是重度骨髓放射损伤起造血功能衰竭的根本原因，巨核细胞具有逆向调控HSCs稳态的作用。我们推测电离辐射可能通过损伤巨核细胞而导致骨髓HSCs稳态失衡，进而引发或加重HSCs枯竭和造血功能衰竭。为此，本研究采用白喉毒素诱导巨核细胞条件性敲除小鼠，深入揭示了巨核细胞受损对辐照骨髓HSC稳态的影响作用与机制，主要取得如下研究成果：.1.建立完善了一套骨髓HSCs不同亚群比例、周期变化以及功能分析检测平台。该检测分析平台为研究放射损伤骨髓造血功能衰竭的发生机制，以及探寻新的、有效的救治途径提供了技术支撑。.2.发现小鼠骨髓腔内LSKs细胞数目减少呈现辐照剂量依赖趋势。进一步通过流式分析发现，随着辐照剂量的增大，HSCs中LT-HSCs的比例不断增加，MPP的比例不断减少，而在大剂量射线照射（8.0Gy）条件下，MPP进一步减少，HSCs稳态严重失衡而导致骨髓造血功能衰竭。.3.利用巨核细胞条件性敲除小鼠（Pf4-cre-iDTR小鼠）和c- Mpl敲除小鼠，发现巨核细胞在放射损伤HSCs稳态变化过程中发挥重要作用。机制研究发现，巨核细胞可以通过分泌TGF-β1，PF4和FGF1等细胞因子及miR-21，对辐射损伤后骨髓HSCs稳态产生直接调控作用。.4.体外研究结果显示，射线照射后，巨核细胞内ERK1/2和Akt等增殖分化通路被抑制，JNK/SAPK和caspase-3等凋亡相关信号通路被激活而导致巨核细胞内ROS水平升高，是射线照射后巨核细胞损伤的重要原因。.5.进一步研究发现，若造血微环境受到电离辐射损伤，也会影响HSCs的稳态改变。结果显示，巨核细胞还可通过分泌TGF-β1促进偶联骨形成与血管生成，改善造血微环境，从而间接调控HSCs稳态。此外，还发现雌激素受体辅活化因子-3（SRC-3）和microRNA34a等在辐射损伤HSCs稳态修复过程中发挥重要调控作用。这些研究为放射损伤骨髓造血功能重建的综合救治提供了新的思路和依据。.6. 相关研究结果在Blood、Theranostics、FASEB J 等国际知名期刊发表SCI论文7篇，发表中文核心期刊论文2篇。