中国科学院动物研究所刘峰研究员领导的血液与心血管发育研究组发现,G蛋白偶联受体Gpr183通过降低Notch1信号,促进造血干细胞(HSC)的产生。该研究揭示了造血干细胞发育过程中内皮-造血转化(EHT)的启动机制,为体外诱导造血干细胞提供了潜在靶点。
造血干细胞能够产生机体所需的所有血细胞,研究其产生和发育机制具有重要的理论和临床意义。目前已知胚胎造血干细胞产生于动脉-性腺-中肾区(AGM区)一群特化的内皮细胞,即生血内皮细胞。在胚胎发育过程中,生血内皮细胞经过内皮-造血转化(EHT)过程产生造血干细胞,但EHT的启动机制尚不清楚。
研究团队利用新型造血干细胞特异的转基因斑马鱼模型,分选出生血内皮细胞和造血干细胞,通过转录谱比对分析和功能验证,筛选出在生血内皮中高度富集的Gpr183并开展功能研究。Gpr183突变体胚胎中造血干细胞的产生出现严重缺陷,进一步研究发现Notch信号在Gpr183突变体中明显升高。
Notch信号通路一直被认为是造血干细胞产生所必需的,但该研究发现,Notch信号对造血干细胞的调控具有阶段性:在胚胎造血干细胞发育早期,Notch信号是必需的;但在EHT发生阶段,Notch信号需要被下调。Gpr183负调控Notch的机理研究表明,生血内皮中的Gpr183经配体7α-25-OHC激活后,招募beta-Arrestin1和E3连接酶Nedd4,通过泛素化-蛋白酶体途径降解Notch1。重要的是,这一系列发现在小鼠胚胎中也是高度保守的。此外,外源添加7α-25-OHC可以促进EHT,加速造血干细胞的产生,提示其可能作为潜在的药物靶点,用于体外诱导产生大量有功能的造血干细胞。
该工作解释了造血干细胞产生过程中EHT如何被启动,同时阐明了Notch信号对造血干细胞产生的调控具有阶段性,对于理解造血干细胞发生机制及临床诱导产生造血干细胞具有重要意义。
该成果于2015年9月11日在线发表于Cell Research(doi: 10.1038/cr.2015.109)。研究组博士生张磐磐为第一作者,刘峰为通讯作者。该研究得到了动物所研究员李卫和军事医学科学院研究员刘兵的大力支持,由中科院干细胞与再生医学战略性先导专项、国家杰出青年科学基金和国家重点基础研究发展计划等资助。