骨髓微环境中smad信号传递调控cxcl12的表达.docx

ABSTRACT最近我们报导了离体情况下，SMAD独立性骨形态生成蛋白4（BMP4）信号通路在造血干细胞/祖细胞（HSPCs）中活化，影响了它们导向骨髓（BM）的过程。本文中，我们评估了活体中，影响BM龛是否会导致BMP信号传递过程发生改变。我们揭示了注入BMP拮抗剂头蛋白（Noggin）来抑制SMAD依赖性BMP信号转导，显著增加了BM血浆中CXCL12的水平，增强了植入HSPCs的导向与血管生成。反过来，注入BMP7而不是BMP4，造成HSPC导向能力下降。利用ST2细胞充当BM龛的体外模型，我们发现在中和抗BMP4抗体，NGN，或背成形因子（Dorsomorphin, DM）同时敲除掉Smad1/5及BMP4的条件下孵化，所有这些都增强了CXCL12的产生。染色质免疫沉淀分析识别出了CXCL12启动子中与SMAD4结合的元件。删除这个元件后，观察到CXCL12启动子活性增加，并且NGN或DM不再影响Cxcl12表达。有趣的是，BMP7表达只出现在成骨细胞中，不出现在其它龛成分中。因此，我们将SMAD依赖性BMP信号转导描述为BM龛中一种新的CXCL12生产调控因子，影响HSPC的导向，移植成活以及运动。INTRODUCTION在治疗多种类型癌症，骨髓（BM）衰竭中，遗传性代谢障碍，以及严重先天性免疫缺陷时，常常使用造血干细胞（HSC）移植（1）。在骨髓中，HSCs与其所处的微环境相互作用，这种微环境也称为“龛”。最初提出HSCs与成骨细胞有关（2），然而后来发现许多HSCs与窦状小管内皮有关（3）。移植后的造血重建，需要HSCs有效地导向到BM龛中。多种从细胞分泌到BM龛中的细胞因子和生长因子调控着HSCs的维持和分化（4）。HSCs也表达一系列黏附受体，接受BM中不同类型细胞分泌的配体，使得植入的HSCs可以导向和定居（5）。黏附受体表达情况的改变，或其与龛中相应受体之间相互作用的改变，不止会引起HSC动员，也会使HSC难以维持（6）。细胞因子CXCL12及其G蛋白耦联受体（GPCR）CXCR4，在造血干细胞/祖细胞迁移到BM，以及定居于龛的过程中起主要作用（7~11）。基于Mx-cre技术，将CXCR4从成年小鼠HSCs中条件性删除，显示出CXCR4对维持原始HSCs很重要（10）。这一相互作用对于人类及小鼠HSCs植入受辐射处理后的宿主体内后，进行导向的过程十分重要（10，11）。由BM龛细胞产生的一种CXCL12细胞因子浓度梯度，吸引着植入的HSCs前来，它们首先黏附于内皮并滚动，然后通过穿内皮迁移，穿入组织（12）。根据表达CXCL12的细胞类型，CXCL12不同地影响HSCs的维持，和谱系定型祖细胞的维持（13，14）。尽管人们做了很多工作来评估分泌出来的CXCL12的更新与失活，关于Cxcl12基因表达调控的方面仍然所知不多。CXCL12的表达在缺氧条件下升高，这是由HIF-1α结合在其启动子上所致（15）。诸如IL-1好IL-6这样的炎症刺激，以一种CCAAT/增强子结合蛋白β（c/EBPβ）依赖性方式诱导CXCL12表达（16）。另外，Cxcl12启动子区域，除了别的以外，还含有Sp1，AP1，NFKB，PARP1结合位点（17）。骨形态生成蛋白（BMPs）是中胚层分化的主要调控因子，在造血系统的发育中起重要作用（18，19）。另外，它们在骨组织的形成与动态平衡中起重要作用，这形成了关键性的BM龛（20）。BMPs可以调控出生后时期的骨动态平衡，并调控骨量来影响成年造血过程，这一点虽然已经了解得很清楚，但尚不清楚BMP-介导的成骨生物学上的变化是否会直接影响HSPC的功能。以前，人们发现TGF-β可以影响基质细胞系中Cxcl12的表达（26）。这里，我们揭示了BM龛中，通过SMAD依赖性BMP信号转导途径调控CXCL12的表达，影响了HSCs的导向与移植成活，也影响造血祖细胞的动员。MATERIAL AND METHODS此处暂略RESULTS系统性抑制SMAD-依赖性BMP信号转导途径增强了HSCs的导向与移植成活为了评估SMAD依赖性BMP信号转导途径在成年造血过程中的作用，我们对经亚致死量辐射处理过的CD45.2小鼠静注PBS/NGN。NGN与BMPs结合，抑制其与其受体的结合（34）。大约50000个来自CD45.1小鼠的BM细胞被移植到经处理后的CD45.2小鼠中，以评估在BMP信号转导途径发生改变后，移植成活方面是否有任何变化（Fig.1A,1B）。我们观察到移植后第4，8及12周，在未注射NGN的原始受体内的供体源性嵌合现象连续增加。另外，对继发受体的分析显示，注入NGN的小鼠中，长期供体源性的与BM的嵌合现象增加了3倍。这些研究揭示了SMAD信号转导途径的抑制显著增加了HSCs的长期群体