间充质干细胞通过转运线粒体“改造”内皮细胞促进HSC造血重建

The delay of hematopoietic recovery after high-dose chemotherapy or bone marrow transplantation is an intractable issue during the treatment of hematopoietic malignant disease. Recently, it is proved that an alteration of bone marrow microenvironment is associated with delayed hematopoietic recovery.mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) and Endothelial cells(ECS) contribute to the perivascular HSC niche where HSCs localizate near blood vessels . HSCs localize adjacent to MSCs and ECS which can secret all kinds of cell factors to orchestrate properties of HSC including quiescent, proliferation , differentiation, apoptosis, self-renewal capacity and promote HSC aintenance and hematopoietic reconstitution. As a novel mechanism of cell - cell communication, TNTs facilitate the exchange of cellular components and signaling molecules between two cells located adjacent to each other. In this study, we investigate if MSC could remodel injured endothelial cells in an in vitro/vivo chemotherapy -stressed model via tunneling nanotube-mediated mitochondrial transfer. This study will illustrate that TNT connecting MSCs and ECS can remodel the properties of endothelial cells which injured during hemotherapy and restore its ability of maintaining HSC and recovering hematopoietic reconstitution.This study will illuminate reciprocity between MSC and EC will play an important role in hematopoietic reconstitution,consolidating the theoretical basis for haematopoietic stem cell (HSC) niche playing a role in restoring hematopoietic reconstitution and expecting a new approach of clinical treatment of delayed.

大剂量化疗及造血干细胞移植术后造血功能恢复不良是血液系统恶性疾病治疗中的大难题，证据表明骨髓微环境的改变可能介导了造血功能恢复不良。骨髓间充质干细胞（MSC）和骨髓内皮细胞（EC）是构成造血干细胞脉管造血微环境的主要组分。造血干细胞（HSC）定位于血管周，与MSC、EC位置毗邻， MSC、EC可通过分泌细胞因子参与调控HSC静止、增殖、分化、凋亡、自我更新等特性，促进HSC的维持和造血重建。纳米隧道管是新发现的细胞通讯方式，可在毗邻细胞之间转运胞内容物及信号。本研究通过建立内皮细胞化疗应激损伤模型，研究MSC通过纳米隧道管转运线粒体“改造”EC，促进体内外造血重建；探讨MSC与EC之间TNT形成对EC功能修复继而调控HSC造血重建的机制，阐明基质细胞之间的相互作用对造血重建的影响及机理，为研究骨髓微环境对造血重建的作用夯实理论基础，为放化疗及造血干细胞移植后的造血恢复延迟提供新的治疗靶点。

大剂量化疗及造血干细胞移植术是治疗血液系统恶性疾病的常用手段，但化疗和移植预处理所使用的药物也常常导致骨髓造血恢复延迟或不完全恢复，一方面是由于化疗药物的直接损伤导致进行性造血干细胞衰竭；另一方面归因于化疗应激导致造血微环境中基质细胞出现功能缺陷。人骨髓间充质干细胞治疗骨髓移植术后植入不良已有大量研究，并已用于临床，但是对于 hBMMSCs 促进造血恢复的机制并未完全明确。本研究通过建立阿糖胞苷诱导应激损伤的 HUVECs 模型，与 hBMMSCs 建立直接共培养体系，最后明确 hBMMSCs 通过 TNTs 转运线粒体对 HUVECs 的凋亡、增殖、成管、迁移等功能产生影响，探讨 hBMMSCs 与骨髓内皮细胞之间可以建立 TNTs，并通过 TNTs 转运线粒体到骨髓内皮细胞改善大剂量化疗和造血干细胞移植预处理后应激受损的内皮细胞的功能从而促进造血。研究结果发现1、 hBMMSCs 与 hBMdECs 之间存在 TNTs 的细胞间通讯方式，全长均由 F-actin 以及 microtubule 构成，使用 F-actin 解聚剂 Cytochalasin D 和 Latrunculin-A及 microtubule 微管解聚剂 NOC 可以“破坏”hBMMSCs 与 hBMdECs 之间形成的TNTs。TNTs 的始发细胞是 hBMdECs，是 hBMdECs 细胞膜的延伸。hBMMSCs 可以通过 TNTs 向 hBMdECs 转运线粒体。2、实验结果观察到两种细胞hBMMSCs 与 HUVECs 间形成 TNTs 形成的全过程。并对其结构进行了明确，也是由 F-actin 和 microtubule 构成，结构基础的明确为进一步研究hBMMSCs 与 HUVECs或ECs之间形成的 TNTs 的功能奠定了重要基础。3、4uM Ara-C 作用 24 小时可诱导 HUVECs 化疗应激，使HUVECs 凋亡率显著增加，HUVEC中 ROS 亦显著增加。4、hBMMSCs 通过 TNTs 向 HUVEC Ara-C 转运线粒体可减轻 Ara-C 化疗应激损伤的HUVECs 的凋亡；促进 Ara-C 化疗应激损伤的HUVECs 的增殖；改善 Ara-C 化疗应激损伤的HUVECs 的毛细血管形成及迁移能力。本研究为间充质干细胞促进化疗应激后造血恢复提供了部分理论依据