自噬机制对造血干细胞干性的调控作用研究

造血干细胞在体内所栖息的环境特殊，营养和供氧都非常局限，而自噬机制最基本的功能是在营养来源困难时，对细胞代谢活动奇特的调控作用。这些因素均提示自噬机制对造血干细胞可能起着异常重要的作用。申请人最近研究报道了自噬决定体细胞存亡的信导调控机理，并已获得本项目研究中必需的、含条件性打靶序列的转基因嵌合小鼠。本项目拟在申请人已有进展基础上，以诱导型敲除自噬必需基因的双转基因小鼠为模型，研究自噬机制人为破坏时，对造血干细胞在静止态维持、自我更新和多向分化功能方面可能产生的具体影响，从而阐明自噬机制对造血干细胞干性的调控作用。开展本项目研究，还将为今后以造血干细胞为模型，深入研究自噬机制调控干细胞全/多能性的机理和定向分化的机制等重大理论问题奠定基础。

本项目利用自行建立的造血系统自噬基因敲除小鼠模型和白血病病人样本分析，揭示了自噬与造血干细胞分化之间的功能性和机制性联系。我们的研究结果显示，生理状况下造血干细胞分化进程中，自噬活性与Notch信号强弱呈负相关，而在白血病状况下，白血病干细胞中低自噬活性与 Notch信号上调呈正相关。激活自噬能够削弱 Notch信导，并促进造血干细胞分化，而抑制自噬作用相反。 而且，我们发现，自噬能够直接靶向降解胞内段Notch分子，而条件性自噬缺限导致Notch信导上调和造血干细胞分化失败。在自噬缺陷的小鼠中，阻断Notch信导通路，可以使自噬缺陷的造血干细胞重新获得分化能力。我们还发现，活性氧在自噬上游激活自噬，使之通过降解Notch来促进造血干细胞分化。因此，自噬在ROS的调控下通过靶向降解Notch，促进造血干细胞分化进程。这项发现首次揭示了自噬能够直接靶向降解重要的信号分子来调控干细胞分化。还发现造血干细胞与分化的血液细胞在自噬机制受损后的修复差异。本项目的发现，为进一步认识生理和病理状况下自噬对干细胞分化的作用及其机制，奠定了重要的基础。