骨髓微环境中的中性粒细胞产生的ROS对急性粒系造血的调控作用

A large amount of neutrophils are recruited to the affected tissues during acute infection and inflammation. It is known that bone marrow (BM) granulopoiesis is enhanced to compensate the loss of peripheral blood neutrophils. However the cellular mechanism controlling inflammation-induced emergency granulopoiesis is still ill-defined. Reactive oxygen species (ROS) can play a regulatory role in hematopoiesis. Recent studies and our own data demonstrate that ROS are able to increase the proliferation of cultured hematopoietic stem cells (HSC) and progenitor cells (HPC). Our preliminary results show that ROS level in the BM is elevated during acute inflammation and this elevation of ROS level depends on phagocyte NADPH oxidase (a.k.a. NOX2 complex), which is predominantly expressed in neutrophils. These intriguing results led us to hypothesize that NADPH oxidase-mediated ROS production by BM neutrophils plays a critical role in initiating emergency granulopoiesis during acute inflammation. To further understand the role ROS in emergency granulopoiesis, we will continue to investigate whether neutrophil-dependent ROS production is required for acute inflammation-induced emergency granulopoiesis. In addition, we will provide evidence that ROS produced by neutrophils regulate emergency granulopoiesis via a paracrine mechanism and Identification of the target of ROS in emergency granulopoiesis will be a major task for this research. Results from this study will provide novel therapeutic strategy to promote immune reconstitution and manipulate granulopoiesis after BM transplantation.

大量的中性粒细胞在感染和炎症条件下会从外周血和骨髓中被募集到受累的组织部位，而这会在骨髓中启动一种急性粒系造血来补偿中性粒细胞，以维持体内的细胞自稳，然而其中调控急性粒系造血的分子机制至今还不是十分清楚。活性氧簇（ROS）能在造血调控方面起着重要作用，而且最近的体内外研究结果表明ROS能促进造血干祖细胞的增殖。我们在研究中发现在急性炎症条件下骨髓中的ROS水平升高了，而提升的ROS水平是主要依赖于中性粒细胞中的NADPH氧化酶（NOX2），这就提示我们中性粒细胞中产生的ROS可能在启动急性粒系造血方面起着重要作用。为此，我们拟开展以下研究：1. 骨髓微环境中的ROS是否是急性炎症诱导的急性粒系造血所需要的主要起始因子；2.骨髓中调控急性粒系造血的ROS的来源、作用方式和作用机制。该研究的完成将为今后临床上加速骨髓移植后的粒系造血和免疫重建提供一种创新性的治疗策略。

大量的中性粒细胞在感染和炎症条件下会从外周血和骨髓中被募集到受累的组织部位，而这会在骨髓中启动一种急性粒系造血来补偿中性粒细胞，以维持体内的细胞自稳，然而其中调控急性粒系造血的分子机制至今还不是十分清楚。活性氧簇（ROS）能在造血调控方面起着重要作用，而且最近的体内外研究结果表明ROS能促进造血干祖细胞的增殖。我们在研究中发现在急性炎症条件下骨髓中的ROS水平升高了，而提升的ROS水平是主要依赖于中性粒细胞中的NADPH氧化酶（NOX2），这就提示我们中性粒细胞中产生的ROS可能在启动急性粒系造血方面起着重要作用。为此，我们基于基因敲除小鼠开展了一些相关研究，并取得了一些重要进展，具体如下：1.阐明了细菌性（或非感染性）炎症引发的机体反应性粒系造血的分子机制。 在炎症情况下，小鼠骨髓环境中的ROS水平比正常小鼠增高3-10倍；炎症小鼠骨髓中ROS水平的显著升高源于骨髓内的髓系细胞通过NADPH氧化酶产生的大量过氧化氢，并通过旁分泌形式作用祖细胞来启动胞内增殖信号；ROS引起了髓系祖细胞内PTEN蛋白的氧化失活，进而引起PtdIns(3,4,5)P3/Akt信号通路的增强，促进了急性髓系造血的发生。2. 阐明了炎症条件下中性粒细胞动员出骨髓的机制。中性粒细胞的动员可被多种细胞因子诱导，其中CXCR2和G-CSF信号起着主导作用。我们的研究结果表明CXCR2信号主导了急性感染早期骨髓贮存池内中性粒细胞的动员，同时，这一快速的动员过程受到G-CSF信号的抑制；G-CSF信号则在中性粒细胞动员过程中一直起着重要作用。该研究也揭示了常规作为动员剂的G-CSF在不同阶段发挥的效应是不同的。此外，我们在研究中发现IP6K1敲除之后一方面能增强中性粒细胞对细菌的吞噬能力和细菌杀伤能力；另一方面减少了机体中中性粒细胞-血小板聚集体（NPAs）的形成，从而减少了中性粒细胞向肺部的募集，最终减轻了细菌性肺炎相关的肺损伤。本课题的研究结果将为今后感染和炎症的防治提供了新的实验和理论基础。