不同病理模型中氧化活性分子对干细胞调控作用的研究

改变干细胞的内外环境可使其自我更新与分化的能力发生变化，但目前尚不存在成形的科学标准来指导干细胞应用于临床。活性氧分子（ROS）是调控细胞内环境的重要分子，本课题将建立ROS与处于不同条件下的干细胞的对应关系，在此基础上探索如何操纵胞内ROS来调控干细胞的状态。我们将以果蝇为主要模式生物，建立3种与果蝇肠干细胞直接相关的活体病理模型：①胞外基质(extracellular matrix)粘附缺陷导致干细胞丢失模型；②干细胞过度增殖形成肿瘤样（tumor-like）模型；③脱离基质层的的肿瘤样干细胞模型，然后检测干细胞胞内ROS在不同病理状态下的水平和功能，籍此通过干扰ROS产生、清除以及调控下游功能分子，促使干细胞实现由病理状态到正常态的逆转。ROS的调控作用还将在小鼠干细胞移植模型中加以确认。本题研究结果将加深对干细胞调控的理解,为解决临床干细胞治疗中低存活率和易癌变的难题提供理论依据。

活性氧分子（Reactive oxygen species, ROS）是调控细胞内环境的重要分子，除了具有在高浓度下的细胞毒性作用外，ROS还具有调节细胞增殖、分化、细胞应激、细胞死亡和衰老的功能。本课题建立了ROS 与处于不同条件下的干细胞的对应关系，在此基础上探索如何操纵胞内ROS 来调控干细胞的状态。. 我们利用成体果蝇肠道为活体器官模型，以中肠干细胞（ISCs）为研究对象，建立3 种与果蝇肠干细胞直接相关的活体病理模型：①胞外基质(extracellular matrix)粘附缺陷导致干细胞丢失模型；②干细胞过度增殖形成肿瘤样（tumor-like）模型；③脱离基质层的的肿瘤样干细胞模型，然后检测ISCs胞内ROS 在不同病理状态下的水平和功能，并通过ROS 相关基因的过表达和RNAi干扰来调控ISCs细胞内的氧化还原状态。. 我们证明了ROS在肠干细胞肿瘤形成中的关键作用：下调ROS能促使ISCs由过度扩增病理态向正常态的逆转；适度上调ROS则加重肿瘤的形成，但过度上调ROS则延缓肿瘤的扩增，体现了ROS剂量的重要性。我们还发现脱离基质模型中细胞数量显著减少，而过表达抗氧化蛋白能抑制脱离基质细胞的凋亡，这在脱离基质的肿瘤发生细胞中尤为明显。此结果表明利用抗氧化剂降低肿瘤细胞中的ROS有可能挽救具有代谢缺陷的脱离基质的肿瘤细胞，使其进一步恶化甚至转移。. 本项目通过定量定性表征ROS在干细胞不同状态下的生物活性，为精细调控干细胞的手段提供重要的技术参数。通过对果蝇肠干细胞内的ROS水平的调控达到了对三种病理模型的干扰，研究结果揭示了氧化还原细胞内环境对肿瘤发生、形成及转移的影响。