肥胖对骨髓龛基质刚度的影响及其调控造血干细胞命运的研究

目的肥胖是一种全身性的代谢疾病,会导致造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)的异常分化。HSCs主要存在于骨髓龛中,其命运受骨髓龛中各种理化因素的精确调控。近年来,针对肥胖如何通过骨髓龛调控HSCs的研究主要集中在生化因素上,而对于骨髓物理性质如何调控HSCs的命运尚缺乏深入的探索。因此,本研究旨在探讨肥胖对骨髓基质刚度的影响,并揭示其调控HSCs命运的机制。方法采用60%脂肪含量(D12492)的高脂饲料(High fat diet,HFD)喂养C57BL/6J小鼠构建肥胖动物模型。HFD组体重超对照组20%后,使用原子力显微镜测定小鼠骨髓弹性模量,流式细胞术检测HSCs及其亚群比例和造血祖细胞比例的变化,集落实验测定HSCs的分化阶段,以及利用转录组测序分析HSCs命运转变的潜在生物学机制。结果HFD组骨髓组织600个点位的测量结果显示骨髓平均弹性模量由9.07 k Pa降低为7.04 k Pa。HFD组长期造血干细胞比例显著降低,多能干细胞比例显著增加,髓系祖细胞比例增加,淋巴系祖细胞比例降低。转录组测序结果显示Rho A和Rac1等细胞力学信号转导相关基因表达量上升。结论本研究表明,肥胖显著降低了骨髓基质刚度,引起HSCs偏向髓系分化,其生物学机制可能为基质刚度变化激活了HSCs的Rho A和Rac1基因的表达。因此骨髓基质刚度可能为肥胖影响HSCs命运的潜在因素。

微重力通过骨髓微环境嘌呤代谢影响造血干细胞分化的机制研究

目的长期暴露在太空微重力环境下影响宇航员机体健康,包括骨质流失、免疫功能障碍以及造血功能障碍等。造血干细胞(hematopoietic stem cell)作为血液系统的祖细胞,微重力环境对其命运分化的影响仍有待阐明。本研究通过构建小鼠尾悬吊模拟微重力模型,结合转录组和代谢组联合分析的方法,揭示微重力影响HSCs的命运分化及其具体机制。方法采用尾悬吊后肢去负荷构建模拟微重力小鼠模型,并基于外周血组分及骨密度分析进行评估。在此模型成功建立的基础上,检测微重力对小鼠HSCs增殖和分化的影响。进一步,联合HSCs转录组和骨髓上清非靶向代谢组学分析HSCs响应微重力的分子机制。结果尾悬吊处理后,小鼠后肢骨密度显著减少,外周血中白细胞数、淋巴细胞数显著下降,红细胞数及血红蛋白数增加。对HSCs各谱系的流式分析结果显示,微重力显著增加了骨髓中HSCs的比例,并减少了淋系祖细胞和红系祖细胞的分化。与此一致,转录组分析显示微重力抑制了HSCs的造血谱系通路。进一步,代谢组分析结果表明骨髓微环境中嘌呤代谢通路被明显抑制。结论本项研究表明微重力会通过改变骨髓微环境中嘌呤代谢通路,抑制小鼠HSCs向红系和淋巴系的分化,扰乱HSCs体内平衡。