IL-12高效扩增造血干细胞及机制研究

Cord blood hematopoietic stem cells (HSCs) transplantation is one of the optimal therapy for the malignant blood diseases. However, the number of HSCs in cord blood cannot meet the need for clinical application due to the rare frequency and immature in vitro expansion system. So how to obtain enough number of HSCs is the main problem to be resolved urgently. Our previous data showed that Interleukin 12(IL-12) combined with other cytokine not only improve the in vitro expansion and colony-forming capability, but also increase the repopulation and self-renewal of HSCs. Therefore, IL-12 may be the new target for in vitro expansion of HSCs. In our study, we use a series of single cell-related techniques to study the effect of IL-12 on the expansion, repopulation and multiple differentiation of HSCs, establish the ex vivo expansion system with high efficiency based on IL-12 and clarify the mechanism of IL-12 on the improvement of HSCs expansion and self-renewal furtherly. We hope through our research, we can propose new target for the functional regulation of HSCs and also provide important theory basis for HSCs transplantation and HSCs-based gene therapy.

脐血造血干细胞（HSCs）移植是公认的治疗恶性血液系统疾病的有效方法之一。但是由于脐血中HSCs含量稀少，且体外高效扩增的体系尚不成熟，其数量远远不能满足临床应用的需要。如何获得足够数量的HSCs仍是目前脐血HSCs移植亟待解决的科学问题。我们前期研究发现白介素12（IL-12）联合其它细胞因子不仅可以促进HSCs体外扩增和克隆形成能力，还显著增强HSCs的造血重建和自我更新功能，有望成为优化HSCs体外扩增的新靶点。本研究拟运用一系列单细胞相关技术全面系统地研究IL-12对HSCs体外扩增、体内造血重建和自我更新等功能的影响，建立联合IL-12体外高效扩增HSCs体系，进一步揭示IL-12促进HSCs扩增和自我更新的分子机制，为HSCs的功能调控提供新的干预靶点，同时也为HSCs骨髓移植和基于HSCs的基因治疗提供重要的研究基础。

造血干细胞通过分裂来实现自我更新和分化，其中细胞因子在诱导细胞分裂过程中发挥着关键的作用，但是其是否在造血干细胞命运决定中发挥作用并不清楚。在本实验中我们对比了白介素-12（IL-12）和血小板生成素（TPO）分别与干细胞因子（SCF）共同作用后对造血干细胞自我更新的影响。为确保实验的可重复性，首先解决了两个关键的问题，分别是标准化无血清培养基的建立和造血干细胞的纯化。结果显示在F-12培养基中，rHSA和ITS-X两个基本祖坟能够充分支持造血干细胞的体外自我更新，并最终确定CD150+41-34-KSL为长周期造血干细胞，命名为HSC1。.在上述问题解决后，我们对新鲜分选和与SCF共培养24小时后的HSC1的IL-12受体表达水平分别进行了检测，结果发现在与SCF共培养24小时后HSC1的IL-12受体表达水平明显升高，与此同时一些细胞周期相关基因表达也有所上调。为了检测IL-12对HSC1的增殖分化作用，我们选取TPO作为对照。体外培养结果显示HSC1在SCF+IL-12条件下的第一次分裂与对照组相比延迟大约两天。在培养七天后，SCF+IL-12组细胞总数明显少于对照组。为了对比培养后的HSC1的造血重建能力，我们进行了不同数目起始细胞培养后的连续移植实验。实验结果显示SCF+TPO, SCF+IL-12,和SCF+TPO+IL-12组与新鲜分选组相比短期重建能力有所提升，但在二次移植后SCF+IL-12组显示出更强的重建能力，对照组的重建水平直线下降。因此综合体内外的实验结果：IL-12在维持HSC1慢速扩增的基础上很大程度的保持了HSC1的自我更新能力。本研究为小鼠HSC的体外扩增提供了潜在的干预靶点，有望在未来应用于HSC的体外扩增。