肥胖肠道菌群调控骨髓造血干细胞发育的效应分子及机制研究

Worldwide, high fat diet (HFD)-induced obesity has become a serious health problem. Besides the insulin resistance and metabolism dysregulation, HFD induces gut microbiome (GM) imbalance, leading to the hematopoietic stem cell (HSC) development disorder in bone marrow (BM). Whereas, it is unclear how the GM regulates HSC development. Our previous studies have shown that HSC phenotype changes are dependent on GM alteration. Gram positive bacteria (Gram+) and gram negative bacteria (Gram-) play different role in the HSC proliferation and differentiation. To demonstrate the mechanisms how GM regulates HSC development in BM, we will carry out the following studies in the present project: (1) To further confirm the difference of the role Gram+ and Gram- play in the HSC development; (2) To explore the active molecule by which Gram+ and Gram- regulate HSC; (3) To address the mechanism how Gram+ and Gram- affects HSC proliferation and differentiation.

高脂饮食引起的肥胖是全世界范围内的健康问题。除了胰岛素抵抗、能量代谢失调外，高脂饮食诱导的肠道菌群紊乱还可导致骨髓造血干细胞（HSC）发育失调。然而，有关这一现象的机制研究尚不明确。本课题组在前期研究中发现HSC的增殖及分化依赖于肠道菌群的改变，且高脂饮食下革兰氏阳性菌（Gram+）和革兰氏阴性菌（Gram-）对HSC发育具有不同调控作用。本项目拟在前期的工作基础上，通过以下几个方面展开研究：（1）进一步明确Gram+和Gram-对HSC增殖和分化影响的差异性；（2）探讨Gram+和Gram-调控HSC发育的主要效应分子；（3）阐明Gram+和Gram-调控HSC发育的机制。本课题的实施有助于阐明肥胖导致的HSC发育失衡的机理，为肠道菌群与骨髓HSC 发育的机制研究提供了理论依据，同时也为如何调节肥胖引起的免疫细胞发育失衡提供了新的思路和方向。

肥胖是目前全世界范围内的健康问题。除了胰岛素抵抗、能量代谢失调外，肠道菌群是影响机体免疫平衡、能量代谢及内分泌的重要体系。高脂饮食不仅能够通过改变肠道菌群的构成和比例，其导致的肠道菌群紊乱还可介导骨髓造血干细胞（HSC）发育失调。然而，有关这一现象的机制研究尚不明确。. 本课题组在前期研究中发现高脂饮食下肠道菌群的改变能够影响骨髓微环境以及HSC的增殖及分化，而革兰氏阳性菌（Gram+）和革兰氏阴性菌（Gram-）可能通过不同的效应分子及机制对HSC的发育及分化进行调节。本项目在前期工作基础上，采用ELISA等技术手段，检测了多种细胞因子、LPS及Leptin等生物活性分子在小鼠外周血及骨髓中的浓度变化，以进一步明确Gram+和Gram-调节HSC增殖和分化的主要效应分子。在体内动物实验中，结合16sRNA测序，采用菌群移植、LeptinR拮抗剂给予以及使用TLR4-/-和Myd88-/-等模式动物体系，以明确Leptin及LPS介导的信号通路在HSC发育及分化过程中的作用；采用流式细胞术和细胞分选体外培养等方法，在体内及体外体系中检测了骨髓造血干细胞（及其亚型）、髓系前体细胞和淋巴系前体细胞的比例、细胞周期以及体外增殖能力的差异；采用RT-PCR，检测了与造血干细胞增殖及分化密切相关的多种基因的变化情况。此外，本项目进一步考察了高脂饮食环境对于应激刺激环境下HSC再生及恢复能力的影响。结果表明：1. 在高脂饮食环境下，Gram+介导的Leptin/LeptinR可通过调控骨髓中与HSC发育分化密切相关的多个基因Ang-1、SDF-1、Vcam、Tie2的变化，促进造血干细胞的发育及向髓系的分化。2. 高脂饮食引起的Gram-主要通过LPS介导的TLR4/Myd88信号通路影响HSC的增殖及多种骨髓微环境相关因子的基因表达。3. 高脂饮食可显著加重5-氟尿嘧啶（5-Fu）应激造成的造血干细胞再造血功能的下降，而BADGE治疗提供了一个潜在的缓解应激导致的造血功能衰退的方式。. 本课题的实施有助于阐明肥胖导致的HSC发育失衡的机理，为肠道菌群与骨髓HSC 发育的机制研究提供了理论依据，同时也为如何调节肥胖引起的免疫细胞发育失衡提供了新的思路和方向。