抗活性氧处理对造血干细胞移植作用及其分子机制研究

Research showed that excessive reactive oxygen species (ROS) could induce the hematopoietic stem cell (HSC) deficient in long-term hematopoietic reconstitution after transplantation in mice. However, Scavenging of excessive ROS by antioxidants can rescue HSC functions. Recently, we observed that the recipient mice (NOD/SCID) have an abnormally higher ROS level in bone marrow cells in comparison with other commonly used mouse strains, which was toxic to human HSC. Here we attempted to investigate the human HSC engraftment and functions in NOD/SCID mice by antioxidants. In order to explore the molecular mechanisms, we will investigate possible alterations of the antioxidant treated human HSC in cell-cycle, apoptosis, gene expression profile and DNA repairs. In summary, this project will help elucidate the role of ROS in human HSC transplantation. The data generated will provide the best antioxidation protection and provide a new theoretical strategy for the clinical improvement of bone marrow transplantation.

研究表明大量聚积的活性氧（ROS）会破坏造血干细胞（HSC）的长期造血重建能力，而使用抗氧化剂清除过多的ROS可有效的维持HSC的功能。近期，我们通过实验检测发现NOD/SCID小鼠骨髓细胞中的ROS水平比其它品系的小鼠明显增高，这将不利于人HSC的植入。本课题拟通过各种抗氧化物降低NOD/SCID小鼠体内的ROS水平，考察对人HSC植入及其功能的影响；检测抗氧化处理后人HSC细胞周期、凋亡、基因表达谱以及DNA修复方面的变化，深入揭示ROS影响人HSC造血重建的分子机制。本项目的开展，将有助于阐明ROS在人HSC移植中的作用及其机制，通过比较筛选出最佳的抗氧化方案，为提高人HSC移植的临床效果提供新的策略。

NOD/SCID小鼠模型是人造血干细胞（HSCs）移植研究的良好工具，已被广泛的应用于HSCs的研究中。而该模型中，人HSCs植入率低一直是该领域的难点。我们通过实验检测发现，NOD/SCID小鼠骨髓细胞中的活性氧（ROS）水平比其它品系（C57BL/6和BALB/C）的小鼠明显增高(p＜0.001)。大量聚积的ROS会破坏HSCs的长期造血重建能力，不利人HSCs的植入。我们采用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理小鼠后，其骨髓细胞中的ROS水平明显降低。采用不同剂量的人脐血CD34+细胞进行尾静脉移植，结果发现，NAC明显的提高了人HSCs的植入率，且移植的细胞量越少(1×10^5, 2×10^5, 5×10^5, 6.7×10^5)，NAC提高人HSCs植入率的水平越高，其中，小鼠骨髓中分别提高了7.3, 4.6, 1.8, 1.3倍，脾脏中分别提高了26, 14.5, 3.0, 1.6倍。极限稀释人脐血HSCs（Lin-CD34+CD38-CD45RA-CD90+CD49f+Rho low细胞量100, 50, 20, 10）进行髓腔移植，结果显示，NAC处理组小鼠骨髓注射侧、对侧以及脾脏中人细胞的植入率比对照组分别提高了10.8, 34, 22倍，骨髓再造细胞(SRC)出现的概率分别提高了1.4, 3.2, 4.6倍。两组中人HSCs均能向髓系细胞（CD45+CD33+）、B淋巴系细胞(CD45+CD19+)分化。二次移植实验结果表明，NAC明显提高了人HSCs的自我更新能力。.此外，我们还检测了NAC在NSG鼠中的作用。当髓腔移植10000个人脐血CD34+细胞时，NAC处理组小鼠骨髓注射侧、对侧以及脾脏中人细胞的植入率分别提高了1.7, 2.6, 3.5倍。.总之，该研究表明，在免疫缺陷鼠中清除过多的ROS可以明显提高人HSCs的植入率，这为科研方法和临床提高人HSCs移植治疗的效果提供了实验依据。