项目名称： 造血干细胞维持、衰老与再生的调控机
起止年限：依托部门：制研究
程涛 中国医学科学院血液病医院（血液
学研究所）
2011.1至2015.8 卫生部
首席科学家：
二、预期目标
本项目的总体目标：
通过对HSC发育、维持、衰老及再生调控机制的研究,在理论上阐释组织干细胞在机体衰老和再生修复中的重要的生物学基础；在技术方法上为其它组织干细胞研究引领新的方向，提供新的分子靶点及可以借鉴的新方法新技术；在应用策略上将探索HSC及iPS细胞在体外高效、安全的扩增与定向分化的新策略。最终促使我国在干细胞特别是HSC调控研究领域达到国际领先水平，形成自己的特色和亮点。同时，以本项目为纽带，促进多学科、多院校的合作和交流，大力扶持和使用青年科技骨干，造就出一批优秀的干细胞研究人才。 五年预期目标：
1、利用本团队已建立的小鼠模型，通过对p53-p21途径和p16-pRb途径等HSC维持的内在调控机制及成骨细胞、MSC及其分泌因子等HSC外在调控的机制的研究，阐释HSC维持的内、外调控机制及完整网络，并从关键分子及机制入手，为对抗骨髓衰竭和促进再生策略的研究提供理论基础。
2、利用端粒酶、ATM和GADD45a基因敲除小鼠模型，研究衰老和损伤应激状态下HSC端粒缩短和内源性ROS升高的原因，阐释HSC衰老的内外调控机制，重点研究引起HSC衰老的关键分子信号通路及其调控机制，为抗衰老研究策略提供理论基础。
3、应用斑马鱼和小鼠等模式生物，筛选出2-6个参与HSC发育调控的关键“节点”基因；明确若干HSC维持和衰老的重要调控分子在HSC发育中的作用；通过制备具有体内示踪功能的新型模式小鼠，阐明不同位点对造血系统发育的生理性贡献。
4、探讨不同衰老程度的HSC与iPS细胞生成的关系，阐明衰老对HSC重编程能力及所产生的iPS细胞多能性的影响；对iPS细胞向造血细胞分化的机制进行探讨，从而优化诱导分化条件，提出基于iPS细胞的HSC再生新策略。
5、取得具有国际影响的原创性成果,预期在国内外专业期刊上发表高水平论文，其中在国际一流学术刊物（IF>10）上发表论文15篇以上，在有影响力的杂志（IF>5）上发表论文30篇以上。申请专利15项以上。
6、预计培养博士后15-20人，博士研究生30-50人及一批学术水平高、创新能
力强的中青年学术骨干,为造血干细胞研究成立一支具有国际影响力的高水平研究队伍。
三、研究方案
（一） 学术思路：
正常HSC的稳态维持、自我更新与分化是一个复杂的生理现象，由内源性调控机制及外源性调控机制所共同形成的的调控网络在HSC的稳态维持、自我更新及定向分化的过程中发挥重要作用。在综合本团队及国外的最新研究进展的基础上，我们将以HSC的发育、维持、衰老及再生为研究的主线，以内在调控机制和HSC微环境作为两个重要的切入点，通过正向遗传学及iPS细胞反向来源的HSC两条途径，对正常及衰老状态下调控HSC命运的关键环节特别是关键分子靶点及网络进行系统和全面的研究，并利用发育生物学的方法和技术加以验证和补充。
其中正常及衰老状态下HSC的维持与自我更新的调控机制是整个研究的核心和重点，将系统完整地阐释HSC稳态及衰老的整体调控网络和关键的分子基础。而对HSC的发育调控机制的研究，可以为整个调控网络的阐述提供重要的分子靶点及调控通路，弥补细胞水平上研究的不足，最终阐明HSC衰老与再生的整体调控网络及关键分子基础。在上述研究的基础上，从调控HSC维持与分化的各个环节，对正常HSC及iPS细胞在体外扩增及诱导分化的调控机制及策略进行深入研究，服务于抗衰老及促进组织再生的总目标。 （二）技术途径：
根据以上学术思路，以HSC 的稳态维持、衰老与再生的调控机制这一关键问题为出发点，从内源性调控机制及外源性调控机制两个方面，通过正向遗传学及iPS反向来源的HSC两条通路，利用关键模式动物，在分子水平上以p53-p21和p16-pRb两条信号通路为核心，在细胞水平上以细胞周期调控及端粒为切入点，分别从成体HSC稳态维持的内外调控机制；HSC衰老的关键分子及调控机制；HSC发育的调控机制；iPS为基础的HSC再生新策略四个方面阐述HSC发育、维持、衰老及再生的完整调控网络及分子机制。 上述四个方面的研究技术途径如下所示：
1、成体HSC稳态维持的内外调控机制 技术流程图：
如图所示对HSC稳态维持的内（p53通路和p16-pRb途径） 、外（成骨细胞、MSC等造血干细胞微环境组成成分及其分泌因子）对HSC的稳态维持的调控作用机制。具体方法如下：
A．动物模型（单基因敲除、双基因敲除小鼠）的建立及繁育
B．分离不同月龄模型小鼠的HSC后，研究HSC/HPC细胞周期的特点，并从细胞周期调控蛋白的表达水平、功能等方面分析该模型HSC细胞周期调控的机制与特点。
C．利用流式细胞术分析HSC/HPC的免疫表型
D．利用体外HSC的长周期培养、单细胞培养实验及体内重建造血实验、骨髓竞争移植实验等评价模型小鼠的HSC及其干细胞巢的功能。
E．用基因芯片比较基因单敲除、双敲除小鼠及基因过表达小鼠和正常小鼠HSC基因表达的差异，并用实时定量PCR加以验证。根据实验得到的结果，选择1－2个目的基因进行干预，观察对HSC数目及功能的影响。 2、HSC衰老的关键分子及调控机制
