文献信息

西北大学生命科学学院、陕西省人民医院血液科、西北大学医学院血液学研究所等单位的研究成果“Clonal MDS/AML cells with enhanced TWIST1 expression reprogram the differentiation of bone marrow MSCs(增强TWIST1表达的克隆MDS/AML细胞重编程骨髓间充质干细胞的分化)在杂志《Redox Biology》(IF:11.4)上发表。平生公司的离活一体CT(NEMO)在论文中提供了重要的小鼠股骨图像和定量分析。

该研究的通讯作者为李想教授；第一作者为李鸿姣博士后和王一教授。

文献摘要

骨髓增生异常综合征(MDS)和急性髓性白血病(AML)患者的骨髓源性间充质干细胞(BMMSCs)通常表现出成骨细胞生成和脂肪生成之间平衡的转变。这表明BMMSCs可能经历重编程或发育过程。然而，重编程分化的结果尚无定论。本研究采用临床样本、共培养模型和小鼠模型来探讨MDS/AML克隆细胞与BMMSCs分化的关系。作者发现克隆MDS/AML细胞促进骨髓间充质干细胞的成脂分化并抑制成骨分化，从而促进MDS的扩增。采用蛋白质谱和细胞因子阵列技术鉴定到驱动MDS/AML中BMMSCs分化的分子。机制上，MDS/AML克隆细胞中高表达的转录因子TWIST1诱导MDS/AML细胞分泌更多IFN-γ， IFN-γ可通过STAT1依赖的方式诱导氧化应激，最终导致骨髓间质干细胞成脂分化增强，成骨分化受到抑制。总之，作者的研究结果表明，靶向恶性克隆细胞中的驱动癌基因，如TWIST1，可能通过重塑周围骨髓微环境，为治疗MDS/AML和其他造血恶性肿瘤提供新的治疗策略。

实验方法

动物研究

建立患者源性异种移植模型(PDXs)， 6至8周龄B-NSG™小鼠受到180cGy的辐射。如前所述，将HD或MDS/AML患者骨髓中的2×10⁶个单个核细胞经尾静脉注射到NSG小鼠中。注射后每周采集尾外周血(100μL)，流式细胞术(FACS)检测2×10⁵个单核细胞，抗体为人CD45抗体。8周后，对小鼠实施安乐死，收集股骨，评估骨修复和骨质疏松。

在异种移植实验中，6至8周龄的C57BL/6小鼠接受3Gy的辐射。照射后12h内，将KG1a细胞或过表达TWIST1的KG1a(KG1a-TWIST1)细胞(5×10⁶)经静脉注射到小鼠BM(骨髓)中。小鼠每周用IFN-γ(2g/kg)或氟达拉滨(1g/kg)治疗3次。注射后1周、3周采集外周血，单核细胞抗cd45抗体染色，流式细胞仪分析。注射3周后，小鼠对其实施安乐死，并收集股骨。

显微CT评价骨结构

小鼠安乐死后，取出股骨，在4%新鲜多聚甲醛中固定48h。用微CT扫描仪(NEMO Micro-CT scan, NMC-100, 平生医疗科技有限公司)扫描股骨，分辨率为16μm，胫骨扫描分辨率为10μm。利用Avatar软件重建股骨的三维图像。

实验结果

AML/MDS中骨髓间充质干细胞成骨和成脂分化潜能改变

注射MDS/AML患者单核细胞的小鼠股骨出现骨小梁明显缺失(图C&D)，骨体积分数(BV/TV)和骨小梁数量(Tb.N)降低，骨小梁分离(Tb.Sp)增大(图1E)。HE染色显示MDS/AML单核细胞小鼠BM中脂肪细胞丰度较高(图1F)。LSL-Nras^G12D与Mx1-Cre杂交的Nras^G12D-cre^+/-小鼠可表现出MDS表型，其特征为白细胞计数增加、血红蛋白(HGB)降低和脾脏增大[27](图1G, S1C-E)。在这些Nras^G12D-cre^+/-小鼠的BM中观察到自发性骨质疏松症(图1H)，小梁BV/TV和Tb.N和更高的Tb.Sp，与WT对照相比(图1I)。

图1(C) PDX小鼠模型建立过程示意图。(D)微CT观察小鼠股骨。(E)分析股骨骨密度，以骨体积/总体积(BV/TV)、小梁数(Tb.N)、小梁间距(Tb.Sp)等参数表示。(F) HDs或MDS/AML患者单核细胞注射后的股骨HE染色。标尺，50μm。(G) Nras^G12D转基因小鼠模型建立过程示意图。(H)小鼠股骨来源于MX1-cre^+/−和Nras^G12D-cre^+/−。(I)BV/TV, Tb.N和Tb.Sp来源于MX1-cre^+/-和Nras^G12D-cre^+/-。(J)MX1-cre^+/−和Nras^G12D-cre^+/−衍生的股骨HE染色。

克隆细胞中TWIST1对BMMSC分化的影响

与作者之前的研究一致，转录因子TWIST1在MDS中表达升高，在AML中表达加剧(图3A)。TWIST1的高表达与AML预后不良有关(图3B)。与KG1a细胞相比，注射TWIST1过表达的KG1a细胞(称为KG1a-TWIST1)导致骨丢失，而注射TWIST1敲除的KG1a细胞(称为KG1a-ko-TWIST1)导致体内骨丰度(图C-F)。

图3恶性克隆细胞中TWIST1表达对BMMSC分化的影响。(A)HDs(n=10)、MDS(n=10)和AML(n=21)患者单核细胞中TWIST1 mRNA水平的表达。(B) Kaplan-Meier总生存曲线，用于评估PrognoScan数据库中TWIST1的预后意义。(C)建立异种移植小鼠模型的过程示意图。(E)股骨骨密度用BV/TV、Tb.N、Tb.Sp表示。

TWIST1诱导IFN-γ升高，使BMMSCs中ROS水平升高

经IFN-γ处理后，BMMSCs的成骨分化受到明显抑制，而成脂分化得到促进(图5B)。经KG1a细胞和IFN-γ照射的小鼠(图5C)成骨分化受到明显抑制，脂肪细胞丰度增加，RunX2表达降低，PPAR-γ表达升高(图5D-F)。