TGF-β1诱导的骨髓内皮细胞功能失调阻碍造血恢复的机制与靶向治疗研究

本研究针对移植后不良移植功能（PGF）患者造血恢复困难的临床难题，揭示了TGF-β1信号通路异常激活通过诱导骨髓内皮细胞（BM ECs）发生内皮-间质转化（EndMT），导致血管再生功能障碍和造血支持能力丧失。通过多组学分析和临床前瞻性试验，证实抑制TGF-β1信号或使用配体陷阱药物Luspatercept可逆转内皮细胞功能障碍，促进多系造血恢复，为PGF提供了新的治疗策略。

　　

在造血干细胞移植领域，患者移植后出现不良移植功能（Poor Graft Function, PGF）始终是困扰临床医生的重大难题。这些患者虽然成功植入了供体细胞，却表现为持续性的血细胞减少，需要长期依赖输血支持，不仅生活质量低下，感染和出血风险也显著增高。传统的观点多聚焦于造血干细胞本身的功能缺陷，但近年来研究发现，骨髓微环境特别是血管微生态的异常可能是关键因素。

骨髓内皮细胞（Bone Marrow Endothelial Cells, BM ECs）是构成造血微环境的重要组分，不仅形成物理屏障，更通过分泌多种血管分泌信号（angiocrine factors）直接调控造血干细胞的静息、增殖和分化。然而，这些脆弱的内皮细胞在化疗、放疗或血液疾病状态下极易受损。虽然轻度损伤后可通过自我修复机制恢复功能，但持续性的应激信号（如慢性炎症、氧化应激等）会导致内皮细胞进入一种"适应不良性修复"（maladaptive repair）状态——失去正常细胞特征，获得成纤维细胞表型，最终导致造血支持功能丧失。

转化生长因子-β1（TGF-β1）作为一种多效性细胞因子，在组织修复和纤维化过程中扮演着双重角色。既往研究表明，TGF-β1在骨髓微环境中高表达，但其在骨髓内皮细胞功能失调中的具体作用机制尚不明确。北京大学人民医院血液病研究所黄晓军教授团队与中国科学院遗传与发育生物学研究所王英淳研究员团队合作，在《Signal Transduction and Targeted Therapy》发表了这项研究，系统阐述了TGF-β1信号通路在骨髓内皮细胞适应不良性修复中的核心作用，并探索了靶向治疗策略。

本研究综合运用了多种技术方法：通过原代骨髓内皮细胞分离培养和体外功能实验（包括细胞迁移、成管实验、共培养体系等）评估细胞功能；利用腺相关病毒（AAV）介导的基因递送系统构建内皮细胞特异性过表达持续激活型TGF-βRI（T204D突变）的小鼠模型；采用多组学分析（转录组学和磷酸化蛋白质组学）探索分子机制；通过前瞻性单臂临床试验（NCT05629260）评估Luspatercept在PGF患者中的疗效和安全性。临床样本来源于北京大学人民医院血液科接受异基因造血干细胞移植的患者队列，包括PGF患者和良好移植功能（GGF）对照患者。

TGF-β1激活损害BM ECs功能及其造血支持能力

研究人员首先用不同浓度TGF-β1处理健康供者来源的骨髓内皮细胞，发现TGF-β1以浓度依赖性方式抑制细胞迁移和成管能力。通过siRNA敲低TGF-βRI表达，可显著减轻TGF-β1诱导的细胞凋亡和活性氧（ROS）水平升高，并恢复细胞的迁移、成管和造血支持功能（CFU-E、BFU-E、CFU-GM和CFU-GEMM集落形成能力）。这些结果表明TGF-β1通路激活直接导致BM ECs功能损伤，而抑制该通路可逆转这一过程。

BM EC特异性TGF-βRI过表达驱动适应不良性修复并破坏小鼠造血再生

为了在体内验证TGF-β1的作用，研究团队构建了AAV介导的内皮细胞特异性过表达持续激活型TGF-βRI（T204D）的小鼠模型。在稳态条件下，这些小鼠与对照组无显著差异；但在5-氟尿嘧啶（5-FU）诱导的骨髓抑制后，过表达小鼠表现出显著延迟的外周血恢复、BM ECs数量减少、血管结构破坏以及造血干细胞和祖细胞（HSPCs）和髓系祖细胞（MPs）比例下降。这表明TGF-β1通路激活在应激状态下驱动BM ECs进入适应不良性修复状态。

TGF-βRI抑制恢复BM ECs并加速损伤后造血恢复

使用TGF-βRI激酶抑制剂LY2157299（LY）处理过表达小鼠，可显著促进5-FU治疗后外周血细胞恢复，增加BM ECs数量，改善血管结构，并提高HSPCs和MPs比例。这表明药理抑制TGF-β1通路可促进BM ECs修复和造血恢复。

转录组学分析揭示TGF-β1诱导分泌组向EMT介质转变

RNA-seq分析发现，TGF-β1处理的BM ECs中有523个基因上调和597个基因下调。下调基因富集于对生长因子刺激的细胞反应、细胞运动正调控、血管生成、造血和细胞生长等内皮功能相关通路；而上调基因则与上皮-间质转化（EMT）、糖酵解、G2M检查点和未折叠蛋白反应（UPR）等适应不良性重塑通路相关。值得注意的是，26%的下调基因编码分泌蛋白，包括多效生长因子（PTN）、SFRP1、BMP2、MST1、KITLG、ITGA4和CSF-1等关键造血调节因子。这些因子的协同抑制表明BM ECs介导的造血支持系统被系统性破坏。

TGF-β1通路抑制或HSC活性血管分泌因子PTN治疗可修复功能失调的BM ECs

PTN被鉴定为TGF-β1处理后下调最显著的基因。在体外实验中，添加LY抑制剂或重组PTN均可恢复TGF-β1处理的BM ECs功能（Dil-AcLDL/FITC-UEA-1双染色、迁移和成管能力），并挽救其造血支持功能（CFU集落形成）。这表明PTN缺失介导了TGF-β1诱导的BM ECs适应不良性修复，而恢复PTN水平是一种潜在的治疗策略。

时间进程磷酸化蛋白质组学鉴定TGF-β1驱动的VEGF/Notch信号串扰失调和持续p38α MAPK激活

磷酸化蛋白质组学时间序列分析（0-24小时）揭示了TGF-β1刺激后的动态磷酸化变化。大多数磷酸化变化发生在6-12小时之间，表明TGF-β1从瞬时效应向持续效应转变。持续超磷酸化见于MAPK14（p38α T180/Y182）和AKT3（S472/S476）等位点，表明非经典TGF-β1通路持续激活。通路富集分析显示VEGF、Notch和细胞骨架调控等通路受到影响。Notch通路组分NUMB（S227）和Cavin-1（S203/S387）的磷酸化水平下降，可能破坏窖蛋白介导的内吞作用，影响VEGFR2和VEGFR3的激活及其下游信号（如PI3K/AKT和MAPK通路），最终导致EMT发生。

TGF-β1通路在PGF患者适应不良性BM ECs中激活

对PGF患者和GGF对照患者的BM ECs转录组数据重新分析发现，PGF患者中TGF-β1、TGF-βRI及下游效应因子显著上调。GSEA显示EMT通路在PGF患者中显著富集。前瞻性巢式病例对照研究进一步证实，PGF患者BM ECs中TGF-β1和TGF-βRI的细胞内水平显著高于GGF对照组。

TGF-β1抑制可恢复PGF患者适应不良性BM ECs的功能

体外实验中，LY处理可显著提高PGF患者BM ECs的迁移和成管能力，表明抑制TGF-β1通路可逆转患者来源BM ECs的功能障碍。

一项涉及Luspatercept的前瞻性临床试验显示促进移植后患者造血恢复

前瞻性单臂临床试验评估了TGF-β配体陷阱Luspatercept在移植后造血重建不良患者中的疗效。结果显示，红细胞造血改善（HI-E）应答率为35.9%（23/64）。此外，69.6%的应答者出现中性粒细胞绝对增加≥0.5×10⁹/L，47.8%出现血小板计数增加≥30×10⁹/L。总体而言，48.4%的患者实现HI-N、HI-P或HI-E应答。达到HI-E应答的患者在治疗后第20天血红蛋白、中性粒细胞计数、血小板计数和白细胞计数均显著提高，而未应答者无显著改善。

研究结论与讨论部分强调，本研究首次明确了TGF-β1信号通路是骨髓内皮细胞适应不良性修复的关键驱动因子。通过调控分泌组谱向EMT介质转变，破坏VEGF/Notch信号串扰，并引起p38α持续激活，TGF-β1超活化最终导致血管再生功能障碍和造血支持能力丧失。这一发现不仅深化了对骨髓血管微生态失调机制的理解，也为临床干预提供了新靶点。

研究的重大意义在于将基础研究发现与临床治疗紧密结合：通过前瞻性临床试验证实Luspatercept（一种已获批用于MDS和地中海贫血的TGF-β配体陷阱）能够促进移植后患者多系造血恢复，这为PGF的治疗提供了全新的 pathogenesis-oriented治疗策略。这种"靶向微环境"的治疗理念突破了过去单纯关注造血干细胞本身的局限，为再生血液学领域开辟了新的研究方向。

未来研究需要进一步解析TGF-β1信号在骨髓其他基质细胞（如间充质干细胞、成骨细胞等）中的作用，以及不同细胞类型间的交互影响。同时，基于血管微环境标志物的患者分层可能有助于提高靶向治疗的精准性。总之，这项研究不仅揭示了TGF-β1在骨髓内皮细胞适应不良性修复中的核心作用，也验证了靶向TGF-β通路改善造血微环境的治疗潜力，为临床解决PGF这一难题提供了重要的理论依据和实践指导。