造血干细胞研究   目录

随着最近对新型嘧啶吲哚（Pyrimidoindole）类小分子-UM171(图1A）和UM729（图1B）的发现，人造血干细胞（HSCs）体外扩增的研究也在全球范围内取得了重大进展^1,2。最初，在对能够促进人CD34+细胞扩增的化合物进行筛选时发现了UM729，后来对其进行了结构-活性关系（Structure-Activity Relationship，SAR）优化，进而开发出了UM171^1,2。已有研究表明：在培养人脐带血（CB）或动员后的外周血（MPB）中分选的CD34⁺细胞时，如果在使用细胞因子的同时再加入这两种小分子中的任意一种，可有助于培养物中CD34⁺CD45RA-造血细胞数量的增加（具有浓度依赖性）¹。将体外扩增的CD34⁺细胞移植到免疫缺陷型小鼠体内后，可观察到这些小鼠体内HSCs的比例具有~10倍的增加。并可通过重建这些受体小鼠的造血系统得以证实（图2）¹。

UM171和UM729发挥作用的方式与其他针对造血作用的小分子刺激物不同（如：芳香烃受体（AHR）拮抗剂StemRegenin1（SR1）^1-3）。事实上，向含有SR1和细胞因子的培养物中加入UM171和UN729，可以进一步促进正常HSCs（包括CD34+细胞）的体外扩增（图2-4）¹。此外，如果在相似条件下将UM729和SR1联合使用，可以支持CD34⁺CD15^-急性髓系白血病（AML）祖细胞的体外培养²。这些小分子是一类非常重要的新工具，可用于对正常的人HSCs，以及对白血病祖细胞的生物学研究。

图1.UM171和UM729的分子结构

应用

①　人HSC的自我更新¹。

②　维持培养物中人白血病干细胞（Leukemia temCell,LSC）的活性²。

图2.UM171和SR1对HSCs（从CB中分选）体外扩增的作用

将从CB中分选的CD34+细胞在分批补料式（Fed-Batch，FB）培养系统中培养12天，该培养系统中含有细胞因子，以及UM171[35nM]或SR1[750nM],或UM171[35 nM]和SR1[500nM]的混合物。然后将细胞移植到免疫缺陷型小鼠体内，并在20周检测人细胞移植情况。数据表示为平均值±95%Cl（n=5次独立实验）（修改自Fares et al.,Science 345:1509,2014)。

图3.UM171和SR1对CD34+CB细胞体外扩增的作用

将从CB中分选的CD34+细胞在分批补料式（FB）培养系统中培养12天，该培养系统中含有细胞因子，以及UM171[35nM]或SR1[750nM],或UM171[35nM]和SR1[500nM]的混合物。数据表示为平均值±标准差（n=3次独立实验）（修改自Fares et al.,Science 345:1509,2014）。

图4.UM729和SR1对CD34+CB细胞体外扩增的作用

CB中的造血细胞在含有细胞因子的培养系统中培养12天，分别添加UM729[500nM]或SR1[750nM],或UM729[500nM]和SR1[750nM]的混合物。（平均值±标准差（n=2次独立实验））（数据由Montreal大学提供）。

UM171和UM729的优势：

1. 促进培养物中表型较原始（CD34+和CD34+CD45RA-)的人造血细胞的扩增；

2. 可刺激具有体内重建功能的HSCs在体外培养时扩增约10倍；

3. 在与AhR拮抗剂（如：SR1）联合使用时，对正常人HSCs的扩增具有增作用。

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文献

1. Fares I et al. (2014) Pyrimidoindole derivatives are agonists of human hematopoietic stem cell self-renewal. Science 345, 1509-1512.

2. Pabst C et al. (2014) Identifi cation of small molecules that support human leukemia stem cell activity ex vivo. Nat Methods 11, 436-442.

3. Boitano AE et al. (2010) Aryl hydrocarbon receptor antagonists promote the expansion of human hematopoietic stem cells. Science 329, 1345-1348.

4. Csaszar E et al. (2012) Rapid expansion of human hematopoietic stem cells by automated control of inhibitory feedback signaling. Cell Stem Cell 10, 218-229.

5. Thordardottir S et al. (2014) The aryl hydrocarbon receptor antagonist StemRegenin 1 promotes human plasmacytoid and myeloid dendritic cell development from CD34+hematopoietic progenitor cells. Stem Cells 23, 955-967.