关键词:
地中海贫血
诱导多能干细胞
诱导
分化
造血细胞
摘要:
背景:在中国,地中海贫血(地贫)在广西、广东及海南地区高发,目前地贫的治疗方法主要依赖于输血治疗,但是输血治疗长期费用高,且患者医从性较差,导致地贫治疗效果不佳。此外,地贫也可以通过造血干细胞进行移植治疗,但是干细胞来源不足,且费用极高。地贫患者成熟红细胞中珠蛋白比例失衡,引起正常血红蛋白合成不足和过剩的珠蛋白肽链在红细胞内聚集形成不稳定产物,导致无效红细胞生成。但是,不同地贫基因缺陷类型的患者干细胞株在早期造血分化过程中是否具有差异,目前尚不清楚。因此,实验拟利用携带不同地贫基因缺陷程度且表型不同患者的i PSC进行造血诱导分化实验,研究不同地贫基因突变类型的干细胞株在早期造血分化中的差异,研究其相关机制,有望为地贫治疗的临床转化提供一定的理论依据。目的:探讨不同地贫基因突变类型的hiPSC在造血诱导分化过程中的差异,理清地贫不同基因突变的hiPSC在早期造血分化中的影响机制,为地贫诊断和治疗提供机制及理论依据。方法:本研究设置了实验组和对照组,实验组:轻型地贫及重型地贫患者羊水细胞来源的hiPSC。对照组:正常人羊水细胞来源的hiPSC。将不同基因突变的hiPSC进行全转录组测序,并分析其与造血相关的差异基因。同时,利用含有多种细胞因子的无饲养层无血清的单层培养进行hiPSC造血诱导分化。通过观察诱导过程中不同时期细胞形态、流式细胞仪检测及q-PCR实验比较在干性因子、造血相关因子及造血相关靶基因变化的差异。结果:首先,将来源于正常人、轻型地贫和重型地贫的hiPSC进行全转录组测序,分析筛选log2>2的基因进行与造血相关的文献检索,筛选出4个差异靶基因(CAT、EGR1、FOS、KLF4)与造血相关。与正常人hiPSC相比,CAT在轻型地贫和重型地贫的hiPSC表达上调,EGR1、FOS和KLF4在轻型地贫和重型地贫的hiPSC表达下调。本课题组对上述4个基因进行q-PCR验证,发现KLF4的表达同测序结果一致,CAT、EGR1和FOS与测序结果相反。同时,利用含有多种细胞因子的无饲养层无血清的单层培养进行hiPSC造血诱导分化。实验发现,与AF888细胞相比,AF076和AF091细胞在造血诱导分化过程中,细胞形态上未见明显差异。流式细胞术结果表明,CD34CD45、CD34CD31、CD34、CD31和CD45在三株细胞诱导的D10表达了类似百分比。q-PCR结果表明,干性因子OCT4、SOX2和NANOG的表达随着诱导进展逐渐下降,说明细胞明显发生分化。Brachyury在D0的表达没有统计学差异,在D3和D10均表达升高,尤其在D3,说明诱导分化到D3时,主要向中胚层分化,并随着时间的推移表达下降。RUNX1在D0表达下降,但在诱导的D3和D10表达逐渐升高,说明随着诱导的进行,造血不断增加。CD34和CD31在三株细胞诱导的D10均表达升高,且在重型地贫来源的hiPSC造血诱导分化的D10表达更多,说明造血诱导分化成功,并且较重的珠蛋白基因缺陷程度可能影响hiPSC的造血诱导分化过程,使造血能力增加。与AF888细胞诱导的D10相比,AF076细胞诱导D10的珠蛋白表达没有统计学差异,而AF091细胞诱导D10的ε-globin、Aγ-globin、Gγ-globin、α-globin、β-globin-N、β-globin-M表达均显著增加。在造血诱导的早期,重型地贫基因突变来源的细胞没有出现β-globin表达减少,反而增加;且胚胎期和胎儿期珠蛋白的表达均增加,说明重型地贫基因突变可能引起胚胎期和胎儿期的珠蛋白代偿性增加。实验发现在造血诱导的D10,重型地贫突变类型的细胞中的造血相关差异靶基因CAT、EGR1、FOS、KLF4均表达增加。结论:应用无饲养层无血清的造血诱导分化条件,在三株不同基因型的hiPSC中成功实现造血诱导分化。与正常人(αα/αα,βN/βN)的相比,重型地贫基因突变(αα/αα,β41-42M/β41-42M)的hiPSC造血诱导能力增加,而轻型地贫基因突变(αα/αα,β/β)的hiPSC未见明显差异。在重型地贫中,是什么因素导致KLF4的高表达尚有待进一步研究。