【项目名称】

胚胎肝脏保护造血干祖细胞基因组和儿童白血病起源的机制

【项目负责人】

洪登礼 

【项目完成人】

洪登礼、郭晓林、王一丁、刘彦君 

【项目完成单位】

上海交通大学医学院，细胞分化与凋亡教育部重点实验室；附属瑞金医院，上海市血液学研究所

【项目简介】

胚胎发育中，三胚层的细胞大量增殖分化，产生各种不同功能的细胞，形成组织器官。在此过程中，组织维持其干细胞基因组稳定性面临巨大挑战。发育组织微环境如何形成和传递信号，激活干细胞内源性的基因组稳定机制目前尚不清楚；该保护机制不足或异常如何导致发育相关疾病（如儿童肿瘤）的发生，也亟待研究。本研究团队以胚胎造血发育为模型，揭示胚胎发育组织维持干细胞基因组稳定性及胚胎发育相关疾病起源的机制。该研究利用肝细胞示踪和敲除小鼠模型发现，胚胎肝细胞能够保护造血干祖细胞（HSPCs）的基因组。在肝脏发育早期，大量HSPCs由胎盘迁移至胎肝，而此时肝细胞数量相对较少。如此肝细胞的“滞后”发育，使大量刚迁入的HSPCs得不到有效的保护，导致其基因组不稳定；在受到基因毒性物质刺激时，易产生DNA断裂和突变，启动白血病的发生。随着胎肝发育的进行，肝细胞数量增多，HSPCs的基因组稳定性显著增强。胚胎肝细胞与HSPCs体外共培养结合质谱分析发现，肝细胞通过分泌胎球蛋白A（fetuin-A）保护HSPCs的基因组。进一步研究发现，fetuin-A结合到HSPC表面的TLR4受体，激活TLR4-MYD88-bZIP通路，上调核酸解旋酶BLM的表达，通过解除HSPCs因复制转录冲突产生的R-loop结构，维持HSPCs的基因组稳定性。通过R-loop 测序分析发现，R loop主要富集在造血调控和白血病突变常累及的基因上。fetua敲除后，这些基因上的 R-loop水平显著增高，敲除小鼠对白血病明显易感。同样的保护机制，在人类胎肝中得到验证：在胎肝发育的早期（前三个月）此保护机制同样缺乏，HSPCs对基因毒物损伤非常敏感。进一步检测婴儿患者骨髓血血清中fetuin-A的浓度，发现白血病组明显低于良性组，证明低浓度fetuin-A是儿童白血病发生的危险因素。综上所述，本研究揭示了胚胎肝脏维持HSPCs基因组稳定性及儿童白血病起源的机制。本研究成果将为进一步研究发育疾病的发病学和预防医学提供重要的理论和实验指导；基于所揭示机制，可以研发预测和预防儿童白血病发生的试剂盒和药品。

图1. 珊瑚礁保护鱼类抵御鲨鱼攻击

珊瑚礁（胎肝）为鱼类（造血干祖细胞）提供良好栖息地，以抵御鲨鱼（基因毒物）攻击。当珊瑚（肝细胞）较少时（胎肝发育早期），珊瑚礁保护不足，鱼类受鲨鱼攻击（形成白血病）。

图2. 胚胎肝细胞通过分泌Fetuin-A蛋白维持造血干祖细胞基因组的稳定性