巨核细胞生成调控相关细胞因子及其作用研究进展.doc

巨核细胞生成调控相关细胞因子及其作用研究进展.doc 巨核细胞生成调控相关细胞因子及其作用研究进展 中国农业大学动医092班赵科娜 摘要:造血干细胞分化生成巨核细胞是一个十分复杂的过程，包括造血干细胞动员及其向巨核系祖细胞分化，巨核系祖细胞增殖、分化生成未成熟巨核细胞，巨核细胞的成熟和血小板释放等过程。研究发现，造血干细胞动员及其向各系细胞分化的大部分过程都在一种称为“龛”的结构中进行，多种龛内信号分子参与了造血干细胞的动员和分化调控。本文对造血干细胞龛内参与造血干细胞动员和分化生成巨核细胞的几种重要细胞因子及其调控作用进行了综述。 关键词:巨核细胞;龛;造血干细胞;细胞因子;调控 造血干细胞(hematopoietic stem cell, HSC)是研究的最多的成体干细胞，它能分化成血液系统的全部细胞。近年来，人们在研究巨核细胞生成调控分子机制的过程中发现，一些重要细胞因子在造血干细胞龛内参与了HSC的动员及其向巨核细胞的分化过程，本文重点就这些细胞因子的调控进行阐述。 一、 巨核细胞与HSC龛 1( 巨核细胞: 系正常骨髓中的一种能生成血小板的成熟细胞，前身为颗粒巨核细胞。该细胞体积巨大，成熟的巨核细胞边缘部分破裂脱落后形成血小板。每个巨核细胞平均能生成2000个左右的血小板。[1] 2(HSC龛: HSC龛是骨髓中适宜HSC生存的特定微环境，包括除造血细胞以外的所有支持和调节造血细胞定居、增殖、分化、发育和成熟的内环境，主要由细胞外基质及造血生长因子组成。目前，人们把造血龛分成两部分:骨内膜区和血管区。在 骨内膜区，由于含氧量低，HSC处于静止状态;血管区含氧量高，干细胞/祖细胞则处于活跃的增殖状态。骨内膜龛主要负责长期维持HSC的静止状态并阻止其分化、自我更新和维持数量等。而在血管龛内，除了含氧量高之外，HSC还暴露来自周围血液的激素、生长因子、营养物质等血液因子，因此，血管龛主要负责HSC的增殖和分化等. 二、 HSC龛内HSC动员和巨核细胞分化过程的主要细胞因子及其 调控作用 HSC之所以能够维持静止状态和进行自我更新，很大程度上是受龛内众多信号分子的调控。这些信号分子包括细胞因子、趋化因子酶和离子等。其中参与HSC动员及其向巨核细胞分化的细胞因子主要有血小板生成素(TPO)、白细胞介素类分子、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、基质衍生因子(SDF)等，以下分别对他们在巨核细胞生成调控中的作用进行阐述。 1(血小板生成素(TPO) TPO主要由肝脏和肾脏产生，其在循环中的水平受c-mpl受体控制。TPO能与造血细胞生长因子协同促进HSC的自我更新，增加巨核祖细胞的数量。TPO生物活性的发挥通过其受体c-mpl介导完成，在未结合TPO的情况下c-mpl处于失活状态;一旦与TPO结合，c-mpl就会发生二聚体化，并因此激活与之偶联的Janus激酶(JAK2)。激活的JAK2可使c-mpl胞内区酪氨酸残基磷酸化，进而激活下游的STATs、PI-3K、MAPKs等信号通路，最终通过GATA-1、FOG-1以及P45 NF-E2等转录因子调控细胞核内靶基因的转录，促进巨核祖细胞增殖分化生成巨核细胞。 2(白细胞介素(interleukin, IL) 白细胞介素的种类较多，其中有相当部分在促进造血细胞增殖和诱导其分化方面发挥重要作用。IL-3、IL-6、IL-1等均能增加巨核细胞集落形成单位(CFU-MK)和巨核细胞数量。白细胞介素家族主要利用信号转导子gp130作为其信号受体亚基，通过gp130通路，使PRL样蛋白E(PLP-E)与其受体结合而作用于巨核祖细胞，从而促进巨核祖细胞分化。 3(基质衍生因子-1[SDF-1( CXCL-12)] 在血管龛区，由基质细胞产生的SDF-1, 能够促进巨核细胞向内皮细胞窦之 间的空隙移动，进而促进血小板生成 。SDF-1信号通路包括ras-raf-MAPK 和p38 MAPK两条通路。SDF-1与其受体CXCR-4结合后，能诱导MAPK激酶活化，促使ras-raf-MAPK(p42/44)和P38及其下游靶点磷酸化，这两条通路的激活能潜在影响巨核细胞的增殖和分化，促进血小板生成。此外SDF-1能够诱导P1-3K-AKT通路的激活以及下游调节蛋白NF-kB的磷酸化，后者能调控基质金属蛋白酶MMP-9和血管内皮生长因子的表达和内源性分泌，这两种蛋白对于巨核细胞从骨内膜龛移出以及后期的血小板前体形成都很重要。近年发现，CAR细胞与HSC动员关系密切。CAR细胞是一种高表达SDF-1的网状细胞，广泛分布于骨髓腔的骨小梁间，与成骨细胞龛和血管龛中的HSC都有紧密的联系，其作用可能与介导HSC在两个龛之间迁移，或参与迁移信号通路相关的调节，但它和其他多种造血祖细胞的关系仍有待深入研究。 4(成纤维细胞生长因子( FGFs) 龛内成纤维细胞分泌的FGFs，不仅能促进造血干/祖细胞的增殖，维持其表型;而且能影响造血前体细胞特异谱系的形成。研究发现，FGF-4作为促进细胞生成因子，可直接作用于巨核细胞，促进巨核细胞生成并诱导巨核细胞成熟。此外，FGF-4也能诱导巨核细胞表面VLA-4和骨髓内皮细胞表面VCAM-i的表达，通过增强巨核祖细胞对内皮细胞的粘附作用而促进巨核细胞的增殖和分化。然而，用FGF受体抑制剂SU5402处理HoxB4异位表达小鼠的HSC，能增强其再生能力，提示通路还存在与其他通路复杂的交互作用，因此FGF通路在调控承认HSC以及胎儿造血发育中的作用仍然存在争议。 5(粒集落刺激因子(G-CSF) 在骨内膜龛中，成纤维细胞可分泌产生髓系细胞特异的G-CSF。G-CSF通过两种方式促进造血干祖细胞的动员。首先，它能激动交感神经系统释放去甲肾上腺素，引起成骨细胞抑制而促进干细胞动员。此外，G-CSF还能激活许多中性粒细胞特异的酶类，如中性白细胞弹性蛋白酶、组织蛋白酶G、蛋白水解酶3和MMP-9等，并能促使蛋白酶抑制剂及细胞粘附分子VLA-4降解，从而促进HSC动员。 6(其他相关因子的作用 除上述细胞因子之外，近年来，人们还发现一些其它相关因子在干细胞动员和巨核细胞分化中也发挥着重要的调控作用，如SCF能通过增强CFU-MK的分化活性，减少TPO诱导的凋亡和促进巨核细胞的成熟来增强TPO的活性。葡萄 糖胺聚糖(GAG)是龛内细胞外基质的主要组成成分，GAG能与龛中的细胞及生长因子相互作用，使生长因子和细胞进入造血龛内，从而影响HPSC的特性。给动物注射GAG模拟物，发现其能够有效诱导造血干/祖细胞的快速动员，这一过程伴随着MMP-9的激活以及SDF-1的改变，其机制可能与SDF-1释放或MMP-9激活有关。另外，一些粘附分子在巨核细胞的成熟和分化过程中也可能发挥重要作用，如用VE-钙粘蛋白抗体阻断起作用会导致血小板生成受损[2]，提示VE-钙粘蛋白能够促进巨核细胞的存活和成熟分化。而生长激素(GH)能够调控多种细胞的增殖、凋亡和分化，也是促进巨核细胞生长和分化的重要成分。目前认为GH的调控机制主要有:直接与膜上的特异受体结合;间接刺激IGF-1产生，与其他细胞因子协同作用;间接作用于催乳素受体而促进血小板的生成。补体C3的裂解片段能够够调节巨核细胞对SDF-1的反应性，激活MMP-9和VEGF的表达。 这些结果表明，免疫系统、神经系统也可能参与到巨核细胞的生成过程中。因此，巨核细胞的生成过程很可能是一个多因子、多系统参与调控的过程，是多种因素协同作用的结果。在各种参与调节巨核细胞生成的因子中，目前认为主要行程以下几条通路:TPO/c-mpl通路、依赖gp130的信号通路、Notch信号通路、NMDA受体以及FGF/SDF-1介导的信号通路。[2] 三(未来展望 迄今，人们对HSC龛的定位、细胞和分子水平的特征等方面的研究取得了很多突破性的进展，但对造血龛种类的认知目前仍不是十分清楚，除骨内膜龛和血管龛之外，还可能有其他类型的龛存在。同时，对龛内各种细胞因子在干细胞生存生长不同阶段的精确调控机制尚存在争议，如虽然已证实p38MAPK信号通路参与了多种细胞因子的信号转导，然而该信号通路并未在巨核细胞的分化过程中发挥作用。可见，在HSC向巨核细胞系分化、巨核细胞成熟及血小板生成等过程中，HSC龛内诸多相关细胞因子的作用和调控机制尚待进一步深入研究。 参考文献: [1] 莫文健，综述，毛平，审校. 巨核系前体细胞体外扩增研究进展. 国外医学输血及血液学分册. 2002.25(6) [2] 陈石磊，王军平. 巨核细胞生成调控相关细胞因子及其作用研究进展 .生命科学2010.8