骨髓内皮细胞中的Twist-1在造血微环境和造血调控中的作用及机制研究

Endothelial cells, as an important component of bone marrow microenvironment, have a critical role in regulating hematopoietic stem cell maintenance, self-renewal and differentiation, and regeneration following myeloablation, however the molecular mechanisms have not been fully elucidated. Twist-1 gene is an important transcription factor which is necessary for the development of the mesoderm. Recently, we first found that Twist-1 may be needed to maintain endothelial cells function and modulate myelosuppressive insult through consulting literature materials and preliminary experimental verification. Based on this, we will employ mouse model in which Twist-1 signalling is specifically inhibited in endothelial cells by inducible VE-cadherin CreERT2, and assess the role of Twist-1 in BM endothelial cells and the maintenance and regeneration of haematopoiesis mediated by endothelial cells. Our study may suggest a new factor that modulates endothelial cells, and improve upon current strategies for the regeneration of the BM niche and HSC pool following myeloablation.

骨髓内皮细胞是造血微环境的重要成分，可调控HSCs的活化、维持、自我更新及分化，且在骨髓损伤后的造血重建中发挥重要作用，但其发挥功能的分子机制尚未完全阐明。Twist-1基因是生物进化过程中高度保守的转录因子，我们通过查阅文献和预实验首次发现Twist-1可能在骨髓内皮细胞及骨髓损伤修复过程中发挥重要作用，进而影响HSCs及骨髓抑制后造血重建。本项目在此全新发现的基础上，利用内皮细胞特异性敲除小鼠模型（VE-cadherin CreERT2），深入探讨Twist-1在内皮细胞中的作用，和对稳态造血、HSCs功能以及骨髓抑制后造血重建的影响。该研究有助于发现新的niche内皮细胞调控基因，对深入揭示内皮细胞对HSC功能维持的调控机制、改善骨髓抑制后的造血恢复具有重要意义。

造血微环境（Niche）包括多种基质细胞如间充质干细胞（MSC）、内皮细胞（EC）、成骨细胞（OBC）、脂肪细胞（ADP）等，这些细胞形成复杂的动态调控网络，通过多种信号通路和细胞因子调控造血干细胞的功能，维持造血系统的稳定。但目前骨髓微环境细胞和分子复杂性、调控造血干细胞维持以及应对应激反应的机制都尚不明确。.Twist-1是生物进化过程中高度保守的转录因子。本项目利用多种微环境细胞条件敲除小鼠模型，深入探讨Twist-1在Niche中对稳态造血、HSCs功能以及应激后造血重建的影响。首先我们构建骨髓微环境特异的Twist-1条件敲除鼠，发现在微环境中整体敲除Twist1会导致MSC、成熟OBC减少，EC增加，造血调控关键因子下调，进而导致HSC自我更新能力和静息态比例下降，在骨髓的定植和归巢减少，出现髓外造血。为了进一步搞清楚Twist-1是通过哪群基质细胞发挥作用的，我们又构建了EC和MSC特异的条件敲除鼠。结果发现在EC中敲除Twist-1后MSC比例有所增加，EC比例有下降趋势，但是对稳态造血和应激状态的造血恢复均没有明显影响。在MSC中特异敲除Twist-1后，对稳态造血没有明显影响，但是在照射应激状态下，敲除MSC中的Twist-1后骨髓微环境MSC和EC数量增多；ADP减少。MSC的成脂分化能力减弱，成骨分化增强，CFU-F形成能力增强；HSC数数目增多，克隆形成能力增强，促进短期内造血恢复。.本项目系统地研究了Twist-1在Niche各群细胞中的作用，深入探讨了Twist-1调控造血细胞功能维持和造血重建的作用机制，对阐明Niche中各群细胞及造血细胞之间交流并调控造血系统的作用机制，促进骨髓抑制后骨髓微环境和造血系统的重建，发展造血细胞的体外扩增有重要意义。