[发明专利]一种造血细胞的线粒体功能的检测方法

说明书

本发明涉及一种造血细胞的线粒体功能的检测方法，该方法包括：对包括造血干细胞、造血祖细胞和成熟血细胞在内的正常造血细胞和/或病理造血细胞的线粒体质量、线粒体膜电位、线粒体活性氧和线粒体自噬水平进行同时检测和同时评价。为系统地研究线粒体代谢功能提供了一套完整的方法和基础参考值。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种造血细胞的线粒体功能的检测和评价方法。

背景技术

造血细胞谱系分化是造血系统的发生和形成过程中的不可或缺的步骤，由此产生的造血细胞参与生命体的营养转运、免疫、止血和伤口愈合等生命活动。研究人员通过移植和菌落分析证明了造血干细胞(Hematopoietic stem cell，HSCs)是所有血细胞和免疫细胞的起源。哺乳动物的造血系统从多潜能的造血干细胞开始，首先分化成为多能祖细胞(Pluripotent progenitor cells，MPPs)，MPPs不具备自我更新能力。MPPs会很快分化成为造血祖细胞(Hemopoietic progenitor cells，HPCs)，这些HPCs具有较强的多向分化能力。随后，分化过程的第一个分叉发生在共同髓系祖细胞(Common myeloid progenitorcells，CMPs)和共同淋巴系祖细胞(Common lymphatic progenitor cells，CLPs)，其中CMPs具有髓系、红系和巨核细胞分化潜能，CLPs仅具有淋巴细胞分化潜能。分化过程的第二个分支点在CMPs分离粒系-巨噬系祖细胞(Granulocyte macrophage progenitor cells，GMPs)和巨核系-红系祖细胞(Megakaryocyte-erythroid progenitor cells，MEPs)，而CLPs直接进一步分化成为较为成熟的B细胞、T细胞和NK细胞。而GMPs会再分化为成熟的粒细胞和单核细胞，MEPs产生巨核细胞和红细胞。

线粒体是细胞内的最重要的细胞器之一，它参与产生ATP、维持钙的平衡、调控活性氧的产生，以及参与信号传递、炎症和细胞死亡等。线粒体功能的改变，如氧化磷酸化损伤、能量代谢异常、抑制凋亡、自噬障碍、促进免疫逃避和信号通路改变等，可能影响疾病的发生。人类疾病如血液疾病、神经肌肉性疾病、心血管疾病、糖尿病、肿瘤等的发生与发展都与线粒体活动密切相关。造血细胞谱系分化不同阶段的细胞在线粒体功能方面存在差异，线粒体质量(Mitochondrial mass，MM)、线粒体膜电位(Mitochondrial membranepotential，MMP)、线粒体活性氧(Reactive oxygen species，ROS)和线粒体自噬水平等可以作为主要指标来反映线粒体在参与细胞活动、应激及衰老等一系列生理病理过程中发挥的作用。

研究者普遍认为在造血干细胞分化和谱系发育过程中MM是增加的。对于HSC而言，通过TSC1介导的mTOR通路来抑制线粒体生物发生和ROS水平，从而维持HSC的静息状态和功能，这一过程伴随着MM的降低和ROS的降低。在小鼠模型中，LSK(Lin^-Sca1⁺c-Kit⁺)细胞中MM增加会形成长期再生能力。研究发现，小鼠HSC中的MM与偏髓系分化祖细胞相似，但低于红系祖细胞。与此同时，研究人员发现相对于健康细胞，肿瘤细胞表现出高的MMP，并且MMP较高的细胞更容易继续分裂和形成肿瘤，而较低的MMP细胞通过将胚胎干细胞亚群移植到小鼠，更有效地分化为其他细胞类型。ROS对DNA、脂质和蛋白质等有损害作用，指出线粒体呼吸链功能障碍和低效的氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation，OXPHOS)可能导致更多的电子泄漏和ROS生成的进一步增加，导致有害循环，最终对细胞造成不可逆转的损害。研究发现ROS似乎在干细胞生物学中发挥积极和必要的信号作用，少量ROS的产生是细胞活化的重要信号分子，它们在各种各样的细胞过程中充当信号信使。同时，通过解除电子传递链(Electron transport chain，ETC)的耦合来降低线粒体活性可刺激自噬并驱动HSC的自我更新，保持其适当分化和功能血液重建的能力。此外，自噬在老年小鼠中维持HSC功能，并很可能在iPSC重新编程期间参与代谢开关。