限食通过抑制NF-κB-IL6炎症信号途径调控DNA甲基化逆转造血干细胞衰老的研究

Incidences of myeloid malignancies increase with age. Although it shows a close relation between age-associated change of DNA methylation and gene profile skewing toward myeloid differentiation of aged hematopoietic stem cells (HSCs), the underlying mechanism remains to be illuminated. It has been shown that inflammation regulates DNA methylation. During aging, repeated inflammation continuously activates NF-κB-IL6 signaling, which triggers HSCs proliferation and development of myeloid malignancies. Our previous study has shown that dietary restriction significantly delays HSC aging (J Exp Med. 2016). Furthermore, our preliminary experiments showed that dietary restriction down-regulated NF-κB-IL6 signaling and Dnmt1/Dnmt3a, and reversed HSC aging induced by repeated exposure to LPS. Taken together, we hypothesized that dietary restriction delays HSC aging via manipulating the DNA methylation status of HSCs by down-regulation of NF-κB-IL6 signaling pathway. To prove that, the current project will study: 1) the alteration of DNA methylation status and NF-κB-IL6 signaling pathway of HSCs during aging; 2) the effect on aging and DNA methylation of HSCs by modulating NF-κB-IL6 signaling pathway; 3) how dietary restriction regulates the above mentioned process. The current project will help to further understand mechanisms of HSC aging, and provide new thoughts of prevention and treatment of age-associated hematopoietic disorders.

衰老造血干细胞（HSC）DNA甲基化异常，促使其高表达髓系基因，向髓系分化扭曲，是老年人髓系恶性血液病高发的重要成因。但HSC的DNA甲基化异常机制尚不明。已知炎症可调控DNA甲基化，衰老过程中反复感染及应激等持续激活NF-κB-IL6炎症信号途径，促使髓系恶性血液病发生。申请人前期研究表明：限食显著延缓HSC衰老（J Exp Med，2016）。我们预实验发现限食下调HSC中NF-κB-IL6信号途径及Dnmt1/Dnmt3a表达，且逆转LPS反复注射诱发的HSC衰老。据此我们推测：限食通过抑制NF-κB-IL6信号途径调控DNA甲基化，延缓HSC衰老。本课题拟研究：衰老HSC中DNA甲基化及NF-κB-IL6信号途径变化；该信号途径对DNA甲基化及HSC衰老的作用；限食是否通过抑制该信号途径逆转衰老HSC的DNA甲基化及功能异常。本课题将为深入理解HSC衰老、防治相关血液病提供新思路。

人口老龄化是21世纪我国面临的严峻挑战。造血干细胞髓系分化基因表达上调，淋系分化基因表达下调被认为是衰老过程中造血干细胞向髓系分化扭曲的重要原因，与老年人髓系恶性血液病的发生密切相关，但相关机制尚不清楚。我们既往研究表明，限食可显著纠正衰老造血干细胞髓系分化倾向扭曲，为了进一步明确其机制，本项目分别对稳态下和造血细胞移植后的小鼠给予自由饮食或限食，通过单细胞RNA测序技术研究了限食对衰老过程中造血干细胞基因表达谱的调控作用。我们发现，稳态下以及造血细胞移植后，限食均能显著抑制衰老过程中炎症信号途径的激活。我们进一步通过实时定量PCR技术验证了限食对NF-κB-IL6炎症信号途径关键靶基因的抑制作用。这为限食通过抑制炎症延缓造血干细胞衰老提供了实验依据，为衰老的机制研究及其调控奠定了新的基础。我们拟进一步深入相关研究并整理实验结果，投稿发表。. 造血系统衰老的一个重要表型是淋系造血受抑。我们既往研究表明，限食尽管能更好的保护造血干细胞功能，但在稳态下却显著抑制淋系造血，导致机体抗感染能力降低，这成为推广限食应用的一大障碍。为了明确限食抑制淋系造血的机制，为应用限食“扬长避短”，本项目拓展了项目研究内容，探索了限食在稳态下抑制淋系造血的机制和调控靶点。我们发现：限食通过调控肠道拟杆菌促进丁酸合成，下调糖酵解信号途径，从而抑制淋系造血。这项研究首次发现了限食抑制淋系造血的介质和作用靶点，为探索避免或减轻限食的淋系造血抑制的途径提供了重要研究基础。相关研究结果发表在Gut Microbes（2022，1区，当年影响因子10.8）。.我们进一步拓展了研究领域，发现限食可通过抑制炎症明显减轻化疗药物引起的肠道损伤和射线照射引起的皮肤损伤。相关研究结果分别发表在Gut Microbes （2020，1区，当年影响因子7.8）和Rejuvenation Res（2022，当年影响因子3.2）。放化疗是肿瘤治疗的主要治疗手段，探索减轻放化疗不良反应的有效途径对广大肿瘤患者接受和完成治疗有重要意义。