造血干细胞(HSCs)在生理稳态下,大部分处于静止状态,只有少量细胞活跃增殖以维持正常的多谱系造血生成。应激造血状态下,休眠态的HSCs可以迅速激活,增殖造血,待满足紧急造血需求后,大部分HSCs由活跃状态再次返回休眠态。应激环境信号刺激,最终HSCs内在因子网络调控发生变化,完成HSCs功能调整与状态转换。解析上述内部调控网络的关键因子,能够为体外操作HSCs,如长期维持、扩增和定向血液支系诱导分化等,提供更多的理论参考。本文选择了两个在HSCs偏好表达的转录因子Nupr1和Trim27进行了细胞学及分子学水平的深入研究,初步阐述了二者对HSCs在造血重构中的影响。Nupr1(全称为核蛋白转录因子1)是一个压力应激基因,它所编码的蛋白是高度迁移蛋白家族的一员。迄今Nupr1在血液系统中的功能未知,但在HSCs体外扩增的过程中,有研究发现该转录因子表达水平上调。我们前期针对HSCs及下游层级多种血液细胞类型RNAseq测序分析发现,生理稳态下,Nupr1在HSCs中表达量高于造血多能祖细胞(MPPs)和其他成熟血液细胞。我们推测Nupr1可能调控HSCs状态。因此我们构建了一个Nupr1敲除的小鼠模型来研究Nupr1的缺失对HSCs的潜在影响。我们发现:在生理稳态下,Nupr1的缺失激活了更多静止期的HSCs进入细胞周期,但HSCs的细胞数量未发生显著改变。竞争移植和系列移植实验表明,Nupr1缺失的HSCs表现出竞争造血优势和长期造血能力。有趣的是,这种进入周期的特点和移植的竞争优势并未引起HSCs的功能和数量耗竭,也没有加速其衰老。通过RNAseq测序手段对原代Nupr1缺失的HSCs进行分析发现,Nupr1的缺失会下调p53信号通路和上调G蛋白偶联受体信号通路。此外,我们也通过辐照应激的方法研究了缺失Nupr1的HSCs的应激造血反应。在辐照损伤条件下,存活下来的Nupr1-/-HSC较野生型HSCs能够快速增殖,迅速恢复数量。因此,我们揭示了 Nupr1缺失对HSCs稳态与激活态转换的调控作用,为调控HSCs应激造血提供了潜在的分子靶点。早期研究发现,Trim27具有体内扩增HSC的能力,而它在血液生成中的功能却未见深入报道。我们初步研究了过表达Trim27对HSCs重构造血的影响。我们在小鼠胎肝组织来源的造血干祖细胞和人的脐带血CD34+造血干祖细胞中分别过表达了 Trim27(小鼠)/TRIM27(人),随后移植到相应的清髓后的受体鼠中。结果发现:移植过表达Trim27的小鼠胎肝干祖细胞的受体鼠中,外周血中供体细胞的比例较移植感染GFP对照组细胞高,显示出较强的竞争性;供体细胞中的髓系细胞比例也相对较高;骨髓细胞中,供体来源的粒细胞/巨噬细胞前体(GMP)祖细胞有所增多。进一步对骨髓中HSCs数量及贡献构成分析发现,Trim27并没有增强HSCs的竞争力。对过表达Trim27的干祖细胞进行转录组分析并与GFP对照相比较,发现Trim27上调髓系发育的关键性调节因子PU.1和C/EBP,上调髓系细胞增殖相关通路的基因Nras、Runx1和Cbfb,以及JAK/STAT信号通路抑制子如Socs2、Socs3和Cish,以及上调了髓系细胞成熟相关的基因如Adam8和Dek。此外,这种Trim27过表达引起的髓系增殖优势在人的造血发育过程中也是保守的,过表达TRIM27的CD34+细胞能够形成更多的CFU-M集落,另外移植入免疫缺陷鼠内表现出造血干祖细胞向髓系细胞分化的偏好。总之,我们揭示了 Trim27可以通过直接靶向髓系祖细胞而不是HSCs,促进其髓系造血优势,并且这种作用在小鼠和人的造血系统中是保守的。综上,本论文主要以HSCs中相对高表达的转录因子Nupr1以及Trim27为研究对象,初步探索了 Nupr1和Trim27在HSCs中的调控作用。Nupr1的缺失可以特异性调控HSC的静止态和激活态之间的转换,从而引起HSCs具有移植竞争优势和应激造血优势。Trim27可以通过直接作用于髓系祖细胞而不是HSCs来促进髓系细胞分化偏好性。这些发现为全面认识HSCs的转录因子调控网络提供了更多的线索。