脉冲电磁场对造血干细胞龛及造血干细胞归巢的作用研究

It is very important for transplanted hematopoietic stem cell (HSC) home to stem cell niche in bone marrow (BM) after the recipients were transplanted with HSC. Only in the microenvironment surrounded by stem cell niche, the HSC can proliferate and reconstruct its hematopoiesis successfully in vivo. Pulsed electromagnetic fields (PEMFs) can promote osteoblast (OB) (one major component of hematopoietic stem cell niche) to proliferate and differentiate, promote the production of extracellular matrix and increase the production of cytokines for positive effects of osteogenesis. In our preliminary studies, we have demonstrated that PEMFs could promote the colony-forming ability of OB progenitor and the osteogenic activity of OB. In this project, the following works will be done, sorting OB in mice with FACS, analyzing gene expression of correlating homing factors with Q-PCR under effects of PEMFs, detecting protein expression for homing related with Western-blot/co-Immunoprecipitation assays, analyzing signaling pathway, such as Hematopoietic cell lineage which pathway ID is mmu04640 and cell adhesion molecules (CAMs) which pathway ID is mmu04514 in KEGG Pathway, with real-time PCR Array, verifying homing ability of HSC in mice. Study the effects of PEMFs (which has no side-effects on human body) on HSC niche and HSC homing at level of molecular, cell and whole body. Search for critical genes or molecules modulating HSC homing. Lay the foundation for revealing the molecular mechanism of HSC homing. Establish the bases for promoting transplanting efficiency of stem cell. It will produce precious value in theory and study.

受体接受造血干细胞（HSC）移植后，移植的HSC能否最终进入骨髓干细胞龛（HSC归巢）并在此微环境作用下增殖、重建造血，对移植成功起关键作用。低频脉冲电磁场(PEMFs)可促进成骨细胞（OB）（干细胞龛主要成分）的增殖﹑分化，细胞外基质合成和刺激促成骨作用细胞因子的产生。我们研究证明，PEMFs可促进OB前体细胞的克隆形成能力和OB的成骨活性。本项目拟采用FACS分选小鼠OB、定量PCR分析PEMFs作用下归巢有关分子的基因表达、Western-blot/免疫共沉淀检验归巢相关蛋白，RT PCR array分析信号通路，小鼠归巢模型验证HSC归巢能力等方法，在分子、细胞和整体水平研究对人体无副作用的PEMFs对HSC龛和HSC归巢的作用，寻找调节HSC归巢过程中的关键基因或分子，为揭示HSC归巢的分子机制奠定基础，为提高HSC移植成功率提供研究依据和实验基础，具有重要意义和研究价值。

背景：造血干细胞（HSC）移植过程中，HSC穿过受体髓窦壁进入骨髓，植入骨内膜和血管外壁的HSC龛，称为干细胞归巢。在干细胞龛微环境作用下，HSC增殖并重建造血。HSC的归巢情况对移植能否成功起关键作用。人们希望通过上调HSC表面的粘附分子，来增加HSC的植入率。而对通过调节HSC龛的功能来调节HSC归巢和增殖的关注较少。在HSC龛的组成中，成骨细胞（OB）和间质细胞起着重要作用。低频、低能量脉冲电磁场（PEMF）可以促进骨组织的自我重建。PEMF可以增强骨髓干细胞龛的主要成分----间充质干细胞（MSC）和OB的增殖、细胞外基质合成和成骨作用细胞因子的分泌。.内容：本课题对PEMF作用下HSC龛和HSC归巢进行了如下研究：.(1) 对HSC龛主要组成----OB和MSC上相关功能基因表达的影响；(2) MSC对HSC的粘附和克隆形成能力的作用；(3) 对MSC信号通路关键基因的作用；(4) 对HSC移植后重建造血的作用；(5) 对辐射损伤小鼠造血衰老调控的作用；(6) 筛选具有促进MSC活性的、对HSC增殖具有支持作用的中药。.重要结果：PEMF作用下，(1) 促进OB上调控HSC功能的基因JAG1（p=0.008）、ANG1（p=0.001）、SDF-1（p=0.0004）表达。(2) 促进MSC上表达上调的干性基因有Fgf2、Lif、Wnt3a，特异性基因有Vcam1、Bmp2、Casp3、Itga6、Mcam、Nt5e；(3) PEMF作用的MSC促进HSC的克隆增殖(p=0.03)；(4) 使MSC信号通路中调控HSC归巢和增殖的基因Vcam1（p=0.067）、Jag1（p=0.037）、Icam1（p=0.119）表达上调；(5) 促进辐射损伤小鼠外周血中的移植的CD45.1细胞占比升高；(6) 部分改善辐射损伤小鼠造血衰老状况；(7) 筛选、证实中药补肾抗衰片（BSKS）作用的MSC促进HSC克隆的形成(p<0.05)，该MSC与HSC共移植，提高致死剂量辐射损伤小鼠存活率。(8) 建立并验证了通过调控HSC龛进而调控造血重建的细胞和动物模型。.意义：结果表明，PEMF作用可以促进HSC龛细胞的功能，提示PEMF在造血调控和HSC衰老等治疗过程中具有潜在应用价值。