G-CSF对辐射诱导的造血干细胞损伤的影响及其机制

目的亚致死剂量的电离辐射不仅引起急性骨髓损伤,也会导致长期骨髓抑制。造血干细胞衰老是长期骨髓抑制的重要细胞学机制。粒细胞集落刺激因子(G-CSF)可以促进HSC及粒系前体细胞的增殖和分化,在临床上用于治疗外周血白细胞下降,缓解受照后急性骨髓抑制。有临床观察显示接受化疗的病人应用G-CSF会降低骨髓的恢复能力,提示G-CSF可能促进HSC的增殖分化但损伤了其自我更新能力。G-CSF对HSC的刺激是否会加重辐射引起的HSC损伤,从而导致受照后的骨髓远期损伤,目前还缺乏临床资料和系统的实验数据。本研究旨在探究G-CSF对辐射诱导的造血干细胞损伤的影响及其机制。方法利用4Gy,6Gy亚致死剂量造血系统辐射损伤模型,C57小鼠随机分为对照组(control)、G-CSF给药组(G-CSF),4Gy照射组(4Gy),6Gy照射组(6Gy),4Gy照射后G-CSF给药组(4Gy+G-CSF),和6Gy照射后G-CSF给药组(6Gy+G CSF);给药组在照射后2 h,6 h,分别腹腔注射G-CSF(1μg/次),之后2/d,连续给药6 d,对照组组和照射组小鼠注射等量生理盐水。1个月后检测外周血和骨髓细胞数目,骨髓细胞分型,造血祖细胞集落形成能力(CFU-GM),LSK细胞中活性氧(ROS),p38MAPK和p16表达水平的变化。同时进行竞争性移植实验。结果与对照组相比,4Gy,6Gy照射组外周血白细胞数目显著降低(P<0.05);相较于照射组,4Gy+G-CSF和6Gy+G-CSF组则有效提高了白细胞数目(P<0.05)。CFU-GM实验显示4Gy,6Gy可以降低造血祖细胞集落形成能力(P<0.05);4Gy+G-CSF和6Gy+G-CSF组分别于4Gy,6Gy组相比,可以增强造血祖细胞集落形成能力(P<0.05)。连续竞争性移植实验结果显示,4Gy,6Gy照射组降低小鼠骨髓再植能力(P<0.05),淋系细胞和髓系细胞中供体细胞比例也进一步减少。4Gy+G-CSF和6Gy+G-CSF组小鼠骨髓细胞分别于4Gy,6Gy组相比,明显地降低了多系移植能力和造血干细胞自我更新能力(P<0.05),加重了辐射后造血干细胞损伤。为探讨GSF加重HSC辐射损伤的机制,我们检测造血干细胞中ROS的表达,照射组可以诱导HSC中的ROS的表达(P<0.05);照射后给药组进一步增加了ROS的表达(P<0.05)。氧化应激是造血干细胞衰老的重要诱因,因此我们检测了p38MAPK和衰老标志物p16INK4(ap16)的表达,结果显示电离辐射可以诱发造血干细胞衰老,4Gy+G-CSF和6Gy+G-CSF组小鼠骨髓细胞与对照组相比进一步增加了氧化应激通路p38MAPK和p16INK4(ap16)的表达。结论我们的实验结果表明,G-CSF可以减轻造血系统急性放射损伤,但会加重全身照射诱发的长期骨髓抑制,这种作用可能是通过激活氧化应激通路从而加重了造血干细胞衰老所致。提示在应用GSF救治急性辐射损伤应采取相应的策略防治骨髓功能的远期损伤。