造血幹/祖細胞（Hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）是一群能自我更新並分化為各種成熟血細胞的多能幹細胞。基於其重建血液係統的能力，造血幹細胞移植已成功用於治療白血病等惡性血液疾病。如何體外誘導和擴增足夠數量且有功能的HSPCs，是臨床上惡性血液疾病治療的瓶頸，也是基礎科學研究的難點和熱點之一。其目前尚未成功的根本原因在於我們對HSPCs產生和擴增的調控機製認識仍不全麵。因此，應用模式動物深入和係統地研究體內HSPCs產生和擴增過程及其調控機製，將對體外誘導並擴增有功能的HSPCs具有十分重要的指導意義。 

　　劉峰研究員領導的血液與心血管發育研究組早期的工作證實，參與5-羥色胺（5-HT）合成的轉錄因子Fev（哺乳動物的Pet1）是斑馬魚和人HSPCs發育所必需的關鍵因子（Blood, 2013）；最近的合作研究發現FEV僅在出生前起源的白血病細胞表達，表明其可以作為白血病起源的診斷標記（Leukemia, 2016）。此外，有報道表明，5-HT處理體外培養的人臍帶血HSPCs能促進其克隆形成能力，但機製不明。為深入探究5-HT與哺乳動物HSPCs發育的關係，劉峰研究組通過體外集落形成和脾結節實驗發現，5-HT處理後的小鼠主動脈-性腺-中腎區（AGM）中HSPCs克隆形成能力顯著增強。色氨酸羥化酶2（Tph2）是5-HT合成的限速酶。在其突變體胚胎中（tph2^+/-和pet1-cre;tph2^+/fl），AGM區造血簇大小和數目顯著降低，HSPCs重建受體小鼠造血能力顯著下降。為確定調控HSPCs的5-HT的來源，該研究發現Pet1、Tph2和AAAD等（參與5-HT合成的重要轉錄因子和合成酶）在AGM區內皮細胞和間充質細胞中均有表達。進一步研究表明，內皮細胞特異性缺失tph2（vec-cre;tph2^+/fl）的小鼠胚胎中，5-HT在AGM區內皮細胞中會顯著降低，HSPCs的發育受到影響。因此，AGM區內皮細胞產生的5-HT參與調控胚胎期HSPCs的發育。 

　　RNA-seq及生化實驗證實，AGM區5-HT的降低會激活AKT-Foxo1介導的促凋亡通路，致使小鼠胚胎造血簇中HSPCs凋亡顯著增加。這一過程是由5-HT的受體Htr5a介導的。此外，研究過程中意外地發現，盡管在tph2^-/-和pet1-cre;tph2^fl/fl胚胎中，凋亡信號顯著上調，但AGM區造血簇數量卻是正常的。深入研究發現，在完全缺失tph2 的胚胎中，Shh-Nkx2.2-Lmx1b-Pet1通路因負反饋調控而上調，ERK信號被激活，導致造血簇中HSPCs增殖加快，進而使得tph2^-/-胚胎中造血發育缺陷得到恢複。 

　　上述工作首次證實了5-HT在胚胎期HSPCs發育和擴增中的直接作用。該研究不僅拓展和完善了體內HSPCs發育過程的調控機製，同時也為體外誘導和擴增有功能的HSPCs提供了新思路。該研究論文“5-hydroxytryptamine synthesized in the aorta-gonad-mesonephros regulates hematopoietic stem and progenitor cell survival”於 2016年12月28日在線發表於Journal Experimental Medicine（DOI: 10.1084/jem.20150906）。 

　　研究組博士生研究生呂軍華和副研究員王璐博士為共同第一作者，劉峰研究員為通訊作者，同濟大學醫學院丁玉強教授給予工具小鼠方麵的大力支持。該課題得到了中科院幹細胞與再生醫學戰略性先導科技專項、國家傑出青年科學基金、國家自然科學基金重點項目和國家重點基礎研究發展計劃的資助。（文章鏈接）  

模式圖：5-羥色胺調控小鼠胚胎期造血幹細胞發育