Nat Commun | 南方医科大学李专团队发现自噬调节胚胎中造血前体的成熟

造血干细胞（HSC）位于成体造血层次结构的顶点，提供所有成熟的造血细胞和多能祖细胞。在胚胎中，功能性造血干细胞在主动脉-性腺-中肾（AGM）区域和其他部位产生。来源于血源性内皮细胞（HEC）的功能性HSC，经历（前）HEC、HSC I 前和 HSC II 前阶段的发育过程。随后，造血干细胞在胎儿肝脏中定植并迁移到骨髓中。越来越多的数据表明，造血干细胞的产生受不同转录因子、信号通路、密切相互作用的细胞和其他调节因子的调节。通过转录组分析描述了从HEC到造血前体的发育过程的连续性。生物信息学方法帮助鉴定了更多的表面标志物来富集这些细胞。然而，对造血干细胞出现和成熟所涉及的细致机制的了解仍然不完整。

自噬是高度保守的细胞内降解过程之一，涉及维持细胞存活、细胞分化、细胞死亡，并与多种疾病有关。已经确定了不同类型的自噬，巨自噬，通常称自噬，发生在所有细胞类型中，对环境应激做出反应，从而维持细胞存活。自噬始于吞噬团的形成，其中细胞质和细胞质细胞器被包裹成双膜结合为自噬体，然后迁移到形成自噬酶体的溶酶体进行降解。每个步骤都受到自噬相关蛋白的严格调控，这些蛋白最初在酵母中鉴定出来，并在哺乳动物中具有同源物。自噬体的形成需要自噬相关基因（Atg）来激活进化上保守的泛素样偶联物。在自噬体与溶酶体的融合过程中，Atg8/LC3 的非共轭形式（LC3-I） 转变为脂质形式 （LC3-II）。基于红色荧光蛋白(RFP, pKa4.5)和增强型绿色荧光蛋白(EGFP, pKa5.9)的不同pH敏感性，优雅的转基因小鼠模型LC3-RFP-EGFP (LC3R/G)能够区分早期的自噬空泡和自噬溶酶体。

自噬在成人造血谱系输出中起着至关重要的作用。基于基因敲除小鼠模型，Atg5参与 pro-B 成熟、T 细胞存活/增殖和 HSC功能，Atg7 是HSC维持和分化的重要调节因子。最近，转录组学数据显示 Atg5/7 在前 HSC 中高度表达。然而，目前尚不清楚自噬是否在早期胚胎、肝前阶段调节HSC发育，尤其是在 AGM 区域的首次 HSC 出现中。

核仁素（Ncl）是一种多功能磷酸化蛋白，普遍分布在各种真核细胞区室中。Ncl 直接参与基因转录、RNA 代谢和 DNA 损伤修复的调控。Ncl促进转录调节因子HOXA9和ERG 的活性，以维持人HSC 的干性。此外，Ncl将G0 HSC保留在小鼠骨髓中。同时，Ncl通过肿瘤细胞中的AMPK-自噬轴诱导自噬依赖性细胞死亡/凋亡。

Atg5 通过 Ncl 通路调节内皮向造血的转变（Credit: Nature Communications）

该研究通过使用Atg5条件敲除和自噬报告小鼠模型LC3R/G，研究了自噬在造血发育中的调节作用。研究结果表明，Atg5对造血前体的形成/成熟和HSC功能至关重要。基于联合方法，发现Atg5缺失中断了造血发育的时间顺序，并通过Ncl途径影响了前HSC的成熟。这些数据表明自噬在调节胚胎 AGM区域HSC发育中的作用。综上所述，该研究发现自噬在造血发育中发挥作用，特别是在造血前体细胞成熟为功能性HSC的过程中，并通过Ncl途径调节HEC的造血潜能和前HSC I的成熟，为HS/PC再生提供了潜在的调节因子。