以SCF/c-kit为靶标筛选小分子化合物并评价其对造血干细胞发育、增殖及对辐射损伤造血系统修复作用的研究

To date, there is still no effective therapeutic drug for radiation-induced bone marrow damage. Stem cell factor (SCF) plays important role in hematopoiesis and hematipoietic stem cell regeneration.Obtaining small molecules that target to SCF or its receptor c-kit might function on hematopoietic system and show application potential. We plan to use high content screening strategy basing on immunostaining against SCF or p-c-kit to search new small molecules that can enhance SCF expression or activate c-kit receptor.We will evaluate the function of these small molecules on promoting hematopoietic stem cell development and expansion. We also plan to use the lethally-irradiated mice to evaluate the effect of these small molecules on the repair of damaged hematopoietic system. In combination with in vitro and in vivo experiments, we will investigate the regulatory mechanism, the downstream signal pathway and the target genes of the small molecules. The project will provide a novel strategy to find a therapeutic molecule via regulation of hematopoietic stem/progenitor cells or their niche.

目前，造血干细胞的体外扩增及体内再生用于骨髓型放射病的有效治疗仍存在一些瓶颈问题有待解决。干细胞因子SCF在造血系统中具有至关重要的作用，基于SCF/c-kit轴筛选并获得新型小分子，有望用于体外扩增造血干细胞或成为骨髓型放射病治疗的候选药物。我们拟基于SCF/c-kit靶标，利用小分子化合物库及高内涵成像分析系统筛选的策略筛选并获得可促进基质细胞产生SCF蛋白或激活c-kit受体的小分子，通过体外实验验证筛选到的小分子是否能调节SCF/c-kit。我们已经开展筛选工作，并筛选到3个可刺激SCF生成的小分子化合物，将进一步利用细胞模型筛选并评价筛选到的小分子是否能促进人造血干细胞发育及造血干/祖细胞扩增；且通过体内实验评价筛到的小分子对骨髓辐射损伤的预防或治疗作用，明确筛到的化合物作用的分子机制。研究结果将为我们今后开发出造血干细胞扩增的新方法及治疗骨髓辐射损伤的新型药物奠定基础。

近年来，国际上针对造血干/祖细胞体外扩增及造血系统辐射损伤再生修复的研究取得了一些进展。但不可否认这两方面的研究仍需要进一步投入科研力量，以攻克造血干/祖细胞体外难以高效扩增及临床上缺乏促进造血系统辐射损伤再生修复药物的困境。干细胞因子(Stem Cell Factor, SCF)及其配体c-KIT在造血干/祖细胞的自我更新、定向分化及促进造血系统再生方面发挥了重要的作用。本项目首先基于SCF/c-KIT受体配体在造血系统中的重要作用，运用高内涵成像分析系统结合小分子化合物库筛选的策略，筛选获得可促进基质细胞表达及分泌SCF蛋白的小分子化合物PRX-08066（PRX）及富马酸酮替芬(ketotifen fumarate,KF)。体外基于基质细胞培养及添加相关小分子化合物实验，通过Western blot及ELISA实验证实这两个小分子化合物可明显促进SCF蛋白表达，并能促进SCF蛋白分泌到培养上清中。为评价筛到到的小分子化合物能否增强造血干/祖细胞的扩增，我们分别通过小鼠骨髓Lin-细胞及人脐血CD34+细胞体外培养模型明确这两个小分子化合物具有一定的促进造血干/祖细胞扩增的作用。我们基于致死剂量射线照射的小鼠模型，发现化合物PRX及KF能提高照射小鼠的存活率；于给药及照射后12天，化合物KF表现出提高骨髓中造血干/祖细胞数量的能力。这些研究结果表明化合物PRX及KF可能通过刺激SCF分泌促进造血干/祖细胞扩增或促进辐射损伤造血系统再生修复。此外，为进一步寻找促进造血干/祖细胞扩增的培养基添加剂，我们从中草药库及调控表观状态的小分子化合物库中筛选到了可促进人造血干/祖细胞体外扩增的系列化合物及筛选到了一个能刺激造血干细胞向巨核祖细胞分化并促进巨核祖细胞扩增的化合物Ricolinostat，并初步揭示化合物Ricolinostat作用的分子机制。在造血细胞单细胞测序数据分析及化合物筛选并验证其作用的过程中，我们发现一个化合物F具有造血系统辐射损伤防护的作用，其作用机制与调控造血干/祖细胞的表观遗传状态有关。本项目的研究成果为进一步优化造血干/祖细胞的体外扩增体系及开发出具有造血系统辐射损伤防治作用的新型药物奠定基础。