PTEN-PI3K/Akt/mTOR信号对正常造血干细胞衰老的调控作用及机制研究

造血干细胞衰老（senescence）与机体免疫力、造血功能及造血微环境稳态调控能力下降有关，并使肿瘤防御机制受损。最新研究发现 PTEN基因敲除后，HSC造血能力下降。而我们的前期研究证实抑制PTEN下游mTOR，能阻止正常骨髓单个核细胞的衰老。因此，本项目推测PTEN及下游PI3K/Akt/mTOR信号参与HSC衰老的调控。项目通过建立Busulfan诱导HSC衰老的体内外模型，结合β-gal染色、端粒长度、多向分化能力检测，明确HSC衰老过程中PTEN-PI3K/Akt/mTOR活性改变；采用基因修饰技术和小分子抑制剂，正反向观察PTEN-PI3K/Akt/mTOR对细胞衰老的调控作用，并进一步明确此信号与细胞衰老启动蛋白的关系；分析amifostine对Busulfan诱导HSC衰老的保护作用及其机理。为临床降低化疗毒副作用，深入了解造血干细胞的生命活动与机体稳态，提供创新性资料。

造血干细胞(hematopoietic stem cell, HSCs)及间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的衰老与机体免疫力、造血功能及造血微环境稳态调控能力下降有关。在机体内外环境的作用下，HSCs及MSCs出现衰老、凋亡、分化等生理病理改变；体外培养用于细胞治疗时也容易发生衰老，但目前其衰老机制未明确阐述。本研究利用化疗药物白消安(Busulfan,BU)建立人骨髓来源HSCs及MSCs体外衰老模型，并进一步探讨其衰老机制。BU引起HSCs细胞形态改变，体积变大，衰老相关β-半乳糖苷酶(Senescence-associated β-galactosidase ,SAβ-gal)染色阳性细胞数显著增加。经BU处理的HSCs端粒长度缩短、生成CFU-GM集落的能力减弱。PI3K/AKT/mTOR通路在BU处理HSCs后短暂激活，在BU处理同时加入mTOR 抑制剂雷帕霉素可以减少衰老造血干细胞比例，并恢复造血干细胞生成CFU-GM的能力，提示PI3K/AKT/mTOR通路的激活是BU诱导HSCs衰老重要机制。同样研究扩展至MSCs。BU引起MSCs细胞形态发生明显改变，体积变大，增殖能力减弱，SAβ-gal染色阳性细胞数也显著增加。BU对MSCs成骨分化能力无明显影响，但对成脂分化能力有显著抑制，成脂相关基因PPAR-γ和FABP4表达显著降低。PI3K/AKT/mTOR通路参与MSCs衰老过程，在BU作用后短时间内显著激活；而另一个重要的衰老相关信号ERK/p38-MAPK未表现激活。p53/p21则对MSCs衰老的维持起决定作用，p21基因和蛋白水平在衰老的MSCs都高表达。HSCs及MSCs体内发生衰老等改变对一些疾病的发展起重要作用，了解其衰老机制有助于疾病的预防和治疗。另外用于自体或异体移植的HSCs及MSCs体外扩增培养容易衰老是其临床应用的障碍之一，本研究阐述了HSCs及MSCs衰老过程相关机制，为预防其衰老提供相关靶点，并为其更高效的应用于临床提供科研资料。.