NF-kB信号通路对人类干细胞稳态与衰老的影响及作用机制

Aging is referred as a progressive degenerative process in physiological integrity, function maintenance of the body. The accumulation of stem cell damage and exhaustion has been identified as the major contribution of aging. Here we combined gene-editing and human stem cell technologies to expound the regulatory roles of NF-kB in human adult stem cell homeostasis during aging. To create an unbiased human stem cell model, we generate the P65 or ikB knock-out human embryonic stem cell lines followed by specifically direct differentiation into adult stem cells. P65 and ikB are two major regulatory proteins of NF-kB pathway, their knock-out lines separately represent as “loss of function” and “gain of function” of NF-kB pathway. By combination of transcriptomic and proteomic analyses, we expect to reveal NF-kB–associated molecular signaling networks in different types of human adult stem cells during aging. The implement of the project will provide theoretical basis to a better understanding of the mechanism of human adult stem cell aging

衰老是指机体随着年龄的增长而发生的组织结构、生理功能等退行性变化的过程，成体干细胞的老化及衰竭是造成该现象的主要原因之一。我们拟结合基因编辑以及人类干细胞技术，深入探讨NF-kB信号通路对人类成体干细胞稳态与衰老的影响及其作用机制。通过在人多能干细胞水平特异性修饰或敲除NF-kB信号通路关键调控基因，并利用定向诱导分化技术，获得NF-kB内源组成型激活与NF-kB缺失的组织特异性的人类成体干细胞。通过细胞生物学，分子生物学，组学分析等手段，从关键基因、信号通路、蛋白相互作用网络到基因表达调控等多个视角研究NF-kB信号通路对干细胞衰老的影响及作用机制。预期成果可为因干细胞功能紊乱而引起的老年疾病的研究提供重要理论依据。

血管细胞功能对于血管稳态至关重要。在血管细胞中，持续性的NF-κB活化导致慢性血管炎症，从而引起各种心血管疾病。但是，NF-κB如何调节人的血管稳态仍很不清楚。在这里，我们使用CRISPR / Cas9介导的基因编辑技术，获得了RelA基因敲除的人类胚胎干细胞（hESCs），并将其分化为多种血管细胞衍生物，以研究NF-κB在基础和炎症诱导条件下如何调节人类血管细胞。多层次表型评估和转录组分析显示，在基础条件下，RelA缺失通过调节炎症、存活、血管生成、细胞分化和细胞外基质组织的方式来影响血管细胞，并具备细胞类型特异性。而且发现RelA通过对抗凋亡和调节性血管肿瘤坏死因子α（TNFα）刺激引起的炎症反应来保护血管细胞。最后，对IκBα基因敲除的血管细胞基因表达模式的进一步评估表明，IκBα的作用很大程度上不依赖于RelA信号传导。其次，为了进一步研究NF-κB信号通路在人类衰老及衰老相关疾病中的作用，我们通过获得血管常染色体显性皮层下动脉病变梗死和脑白质病变（CADASIL）病患者来源的诱导多能干细胞细胞(iPSC)模型。 CADASIL是由于NOTCH3突变导致的一种罕见的遗传性脑梗死和白质脑病脑，然而其细胞和分子机制仍不明确。因此，我们从携带NOTCH3杂合突变的(c.3226C > T, p.R1076C)的CADASI患者的成纤维细胞诱导产生非整合诱导多能干细胞。并将CADASIL iPSC分化获得血管平滑肌细胞(VSMC)， CADASIL VSMC显示了与疾病表型相关的基因表达变化，包括NOTCH和NF-κB信号通路的激活、细胞骨架破坏以及过度的细胞增殖。而在CADASIL iPSC分化获得内皮细胞(VEC)并没有表现出上述表型。同时，我们用NOTCH抑制剂处理CADASIL VSMC，发现NOTCH抑制剂可以阻断在CADASIL VSMC中NF-κB的异常激活，提供了一种治疗CADASIL的潜在策略。综上所述，我们的数据揭示了NF-κB/ RelA在调节人类血管稳态中的保护作用，并绘制了人类血管转录组图谱，对于发现新的治疗新血管疾病靶标具有重要的科学意义。