ROS介导HIF-1α通路在苯致骨髓造血抑制中的作用及分子机制

Benzene is a typical hematopoietic toxic substance. Metabolic activation of benzene can produce reactive oxygen species (ROS), which may cause oxidative stress and damage. Meanwhile, long-term exposure to benzene may cause significant hematopoietic toxicity and lead to hematopoietic dysfunction. This research aims to study whether ROS, generated by benzene exposure, will cause HIF-1α degradation, interference hematopoietic stem cell proliferation, and cause hematopoietic dysfunction through the signal pathways. In this study, we intend to establish an animal model of hematopoietic toxicity of benzene to research benzene-induced ROS and HIF-1α expression in hematopoietic stem cells after exposure. Also, the HIF-1α overexpression mouse model will be established to investigate the effect of HIF-1α in benzene-induced hematopoietic depression. Using chromatin immune precipitation assay-sequencing technology, the specific signal pathways of HIF-1α involved in ROS-mediated benzene induced hematopoietic depression will be explored. This study could elucidate the effect of HIF-1α in benzene-induced hematopoietic toxicity mediated by ROS and the mechanism of the hematopoietic depression regulated by HIF-1a mediated by ROS after benzene exposure.

苯是一种典型的造血毒性物质，其代谢活化过程可以产生活性氧族（ROS），引起机体的氧化应激与损伤，长期苯暴露可引起明显的骨髓抑制，导致造血功能障碍。本课题旨在研究苯暴露后，骨髓细胞内产生的ROS是否通过信号传导使造血干细胞内缺氧诱导因子HIF-1α不断被降解，干扰造血干细胞长期增殖的防御机制，从而导致骨髓造血抑制。本课题拟建立小鼠苯暴露造血抑制模型，研究苯暴露对造血干细胞ROS水平和HIF-1α的诱导作用；构建HIF-1α稳定高表达转基因小鼠模型，探讨HIF-1α对苯的造血抑制作用的影响；应用染色质免疫沉淀-测序技术，研究在苯的造血抑制中HIF-1α调控下游特异性信号通路，探索ROS介导的HIF-1α通路在苯的造血抑制中的作用及分子机制。该研究可为苯的造血抑制毒性提出新的研究思路，对阐明苯的造血抑制机制，揭示ROS对造血干细胞的调控，HIF-1α在苯的血液毒性中的作用机制等有重要意义。

本课题首先通过构建苯中毒小鼠模型，明确了活性氧增加可能是苯致骨髓造血毒性的一种机制，发现苯中毒小鼠骨髓细胞中HIF-1α蛋白水平随活性氧水平的升高而降低；BMI1和BCL2蛋白的水平随HIF-1α蛋白表达水平的降低而降低，表明HIF-1α可能参与苯致骨髓造血毒性。.进而通过体外及体内实验研究HIF-1α高表达对苯及其代谢产物1，4-苯醌毒性的影响及相关机制。对C57BL/6和HIF-1α高表达的C57BL/6小鼠雄性小鼠苯暴露，结果发现，与对照组小鼠相比，苯致HIF-1α高表达小鼠的造血毒性较弱，其机制可能与HIF-1α维持造血干细胞的增殖作用和抑制苯诱导氧化应激有关。随后使用1,4-苯醌染毒HIF-1α稳定高表达K562细胞和K562-NC细胞，发现HIF-1α可能通过调节糖酵解等细胞代谢过程参与细胞周期与凋亡的调控。.应用ChIP-Seq技术，筛选在苯中毒小鼠和对照小鼠骨髓细胞中有差异的与细胞功能相关的HIF-1α靶基因。结果显示，与对照组相比，苯暴露组在启动子区的富集峰有353个上调和245个下调。在245个下调的基因中，差异富集区的基因序列中含有HIF-1α特异性结合位点HRE的基因共42个，其中有GO基因功能标注的基因有25个。小鼠骨髓细胞mRNA结果显示25个基因中有11个基因在苯暴露组较对照组显著下调，通过ChIP-qPCR对HIF-1α的靶基因进行验证。.最后分别对HIF-1α靶基因PTP4A3、RBM45和ASB15在1,4-苯醌致细胞损伤中的作用及其机制进行了研究。研究发现PTP4A3低表达可以增加1,4-苯醌对K562细胞的增殖损伤和促凋亡作用，并且可能通过抑制PI3K/AKT通路调控细胞增殖功能。苯暴露组小鼠骨髓细胞、LSK细胞和外周血白细胞中PTP4A3的表达量均低于对照组小鼠。RBM45高表达对1,4-苯醌致氧化损伤的保护作用可能通过调控NRF2/KEAP1信号通路；而ASB15高表达可能通过调控PI3K/AKT信号通路对1,4-苯醌引起的氧化应激损害发挥保护作用。此外，苯暴露人群外周血白细胞中RBM45、ASB15的mRNA相对表达量显著降低，且与苯造血毒性有一定的相关性，可作为苯中毒新的潜在的候选生物标志。.本研究发现ROS介导HIF-1α通路参与苯致骨髓造血抑制，可能的分子机制涉及通过多个靶基因，如PTP4A3、RBM45、ASB1