抗氧化小分子化合物扩增人造血干细胞及其放射保护作用的研究

The use of umbilical cord blood transplantation (UCBT) has been substantially limited by the finite number of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) in a single UCB unit. Small molecules that not only quantitatively but qualitatively stimulate ex vivo HSPCs expansion should facilitate the clinical use of HSCs transplantation and gene therapy. We have described a novel ex vivo human HSCs assay that combines single-cell sorting and high-throughput flow analysis techniques to investigate the self-renewal and colony-forming capabilities of HSCs and further screen HSC-related small-molecule compounds. Based on the primary screening of an antioxidant library, we identified lead compounds which were able to expand functional HSCs in a short-term culture. In this project, the lead compounds for regulation of human HSCs will be explored. We will also design and screen new compounds for human HSCs expansions and radiological protection. Development of more effective functional compounds or its combinations with other HSCs expansion agents may offer effective agents for HSCs expansion in the future.

目前脐带血中造血干细胞（HSCs）数量不够、质量欠佳造成移植成功率低等诸多瓶颈极大地限制了脐带血HSCs的应用。在前期工作中我们将三维结构模建、计算机虚拟筛选、人HSCs功能实验等多个环节有机联结起来，建立了以单细胞技术为特点与HSCs相关的药物设计、筛选及药效研究平台，并利用此平台筛选到可扩增小鼠及人HSCs的多个活性小分子化合物。结合已有研究基础，本课题拟从抗氧化小分子化合物入手，对已筛选到的先导化合物进行进一步深入研究，通过一系列体内外实验明确其扩增人HSCs及放射保护的作用，阐释作用通路及关键靶点。在此基础上对阳性化合物的结构进行优化，评价其安全性并与作用于不同信号通路及靶点的已知化合物联用。以期能获得兼具扩增HSCs数量同时提高HSCs质量的优选方案，为改善临床患者脐带血HSCs的植活成功率提供新方法、新技术。

造血干细胞移植是治愈大多数恶性血液疾病的最佳手段之一，供者来源匮乏是该领域公认的世界性难题。自1988年世界首例脐带造血干细胞移植成功以来，该种治疗方式已被欧美等国用于临床多种疾病的治疗。同骨髓、外周血来源相比，脐带血具有如下特点：1)来源丰富、废物利用，采集简便、对孕妇和婴儿无任何风险；2)实物储存，能够保证按时按需快速供给；3)由于胎盘屏障保护受病毒等病原微生物感染的机会低，相对纯净安全；4)细胞相对原始，增殖分化潜能较高，可应用于基因治疗、遗传代谢性疾病、血液疾病及非血液免疫系统疾病等，前景十分广泛。小分子化合物具备性质稳定、浓度可精确调控、结构多变、给药途径方便多样以及前期合成制备流程相对简单、易于大规模生产临床转化应用等多种显著优势。本课题结合已有研究基础，完成了抗氧化小分子白杨素扩增人造血干细胞的研究，以及天然化合物欧当归内酯体外扩增人造血干细胞的研究，基于这些先导化合物，建立了人造血干细胞体外扩增的策略，能够有效扩增人功能性造血干细胞。并进一步阐明了，这些化合物通过抗氧化调控ROS水平从而扩增造血干细胞的分子机制。获得了兼具扩增人HSCs数量及提高HSCs质量的优选方案，为提高临床患者脐带血HSCs的植活成功率提供新思路、新方法、新技术。