MAFB在造血干细胞发育阶段特异性调控中的双重角色：从胎儿期增殖促进到成年期维持衰竭

《Scientific Reports》：MAFB regulates hematopoietic stem cell proliferation and maintenance

本研究针对转录因子MAFB在造血干细胞(HSC)中阶段特异性功能不清的问题，通过Mafb缺陷和条件性敲除小鼠模型，首次揭示MAFB在胎儿肝(FL)和骨髓(BM)来源HSC中发挥相反作用：在FL-HSC中负向调控细胞周期进程，缺失后增强增殖和移植嵌合率；而在BM-HSC中则是维持长期重建能力的关键因子，缺失导致干细胞衰竭。这一发现为理解HSC发育阶段特异性调控机制提供了新视角。

　　

在生命科学领域，造血干细胞(Hematopoietic Stem Cells, HSC)的研究一直是热点话题。这些神奇的细胞负责我们一生中所有血细胞的生成，从抵抗感染的白细胞到携带氧气的红细胞。然而，一个长期困扰科学家的问题是：为什么胎儿期的造血干细胞能够快速增殖以满足胚胎发育的需要，而成年后的造血干细胞却大多处于"休眠"状态，只有在需要时才被激活？

这个问题的答案可能隐藏在造血干细胞所处的不同微环境中。胎儿时期，造血干细胞主要居住在肝脏，需要大量扩增来建立血液系统；成年后，它们迁移到骨髓，主要保持静息状态以维持长期功能。这种差异提示我们，可能存在某些关键因子在不同发育阶段对造血干细胞进行"差异化调控"。

近年来，科学家们注意到一个名为MAFB的转录因子。MAFB属于大Maf转录因子家族，之前的研究主要关注它在巨噬细胞和单核细胞中的作用，但它在造血干细胞中的功能却鲜为人知。更引人注目的是，MAFB在胎儿肝造血干细胞中的表达水平明显高于骨髓来源的造血干细胞，这暗示它可能在造血干细胞的发育阶段特异性调控中扮演重要角色。

为了解开这个谜团，来自日本筑波大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项突破性研究。他们通过精巧的实验设计，首次揭示了MAFB在造血干细胞中令人惊讶的双重角色：在胎儿期抑制增殖，在成年期维持功能。

研究人员构建了Mafb-GFP敲入小鼠模型，通过流式细胞术确认了MAFB在造血干细胞群体的表达。令人兴奋的是，他们发现MAFB不仅在骨髓的长期造血干细胞(LT-HSC)中表达，在胎儿肝的造血干细胞中也存在，且表达水平更高。这为后续研究奠定了坚实基础。

当研究团队将目光转向胎儿肝造血干细胞时，他们发现了第一个惊人现象：Mafb缺陷的胎儿肝造血干细胞在竞争性移植实验中表现出更强的嵌合能力。这意味着缺乏MAFB的胎儿肝造血干细胞在移植后能够更好地重建宿主的血液系统。进一步分析显示，这些细胞还表现出向髓系细胞分化的偏向性。

更深入的机制研究发现，Mafb缺陷的胎儿肝长期造血干细胞具有更高的细胞周期活性。通过BrdU(溴脱氧尿苷)掺入实验，研究人员发现缺失MAFB的胎儿肝长期造血干细胞有更多细胞进入DNA合成期，这表明MAFB在胎儿期实际上是造血干细胞增殖的"刹车器"。

然而，故事在成年骨髓造血干细胞中出现了戏剧性转折。连续移植实验显示，虽然Mafb缺陷的胎儿肝造血干细胞在初次移植中表现优异，但在后续移植中逐渐丧失功能。到第四次移植时，接受Mafb缺陷细胞的受体小鼠生存率显著降低，长期造血干细胞数量也明显减少。

为了确认这一现象，研究人员直接比较了成年骨髓来源的造血干细胞。竞争性重建实验表明，Mafb缺陷的成年骨髓KSL(Lineage^-c-Kit⁺Sca-1⁺)细胞和CD34^- KSL长期造血干细胞的重建能力显著受损，而CD34⁺ KSL短期造血干细胞受影响较小。

条件性基因敲除实验进一步证实了MAFB在造血系统中的重要作用。Mafb^f/f::Tie2-Cre小鼠的骨髓中，KSL细胞和长期造血干细胞数量显著减少，集落形成能力也明显下降。

本研究主要采用了以下几种关键技术方法：利用Mafb缺陷和条件性敲除小鼠模型进行功能研究；通过流式细胞术分析和分选造血干细胞群体；采用竞争性和连续性移植实验评估造血干细胞功能；使用BrdU掺入实验分析细胞周期状态；通过集落形成实验检测造血祖细胞活性。所有动物实验均使用C57BL/6J背景的小鼠，胎儿肝细胞来自E14.5胚胎。

MAFB在造血干细胞中的表达

研究人员通过Mafb-GFP敲入小鼠模型证实了MAFB在造血干细胞中的表达。流式细胞术分析显示GFP信号特异性地出现在KSL和CD34^- KSL长期造血干细胞群体中，而野生型小鼠中几乎检测不到。在胎儿肝造血干细胞中也观察到类似的表达模式，且表达比例高于骨髓来源的造血干细胞。基因表达分析进一步表明，Mafb和c-Maf是造血干细胞中主要表达的大Maf家族成员。

Mafb缺陷增强胎儿肝造血干细胞嵌合能力和髓系分化

竞争性移植实验显示，Mafb缺陷的胎儿肝KSL细胞在移植后表现出更高的嵌合率。从移植后4周到20周，接受Mafb缺陷细胞的受体小鼠中供体细胞比例持续高于对照组。谱系分析发现，移植后4周时，Mafb缺陷细胞向髓系细胞(CD11b⁺)的分化比例显著增加，而向B细胞和T细胞的分化减少。

Mafb缺陷促进胎儿肝造血干细胞细胞周期进程

尽管Mafb缺陷不影响胎儿肝长期造血干细胞的基础频率，但BrdU掺入实验显示缺陷细胞的细胞周期活性显著增强。Mafb缺陷的长期造血干细胞中BrdU阳性细胞比例明显高于野生型，表明MAFB在胎儿期负向调控造血干细胞的细胞周期进入。

连续移植揭示Mafb缺陷造血干细胞功能衰竭

连续移植实验证明，虽然Mafb缺陷的胎儿肝细胞在初次移植中表现良好，但在后续移植中功能逐渐衰退。到第四次移植时，受体小鼠生存率显著降低，骨髓中长期造血干细胞数量明显减少。这表明Mafb缺陷导致造血干细胞在复制压力下出现进行性功能衰竭。

Mafb缺陷损害成年骨髓造血干细胞长期重建能力

直接比较成年骨髓来源的造血干细胞发现，Mafb缺陷的KSL细胞和CD34^- KSL长期造血干细胞在竞争性移植中的重建能力显著受损，而CD34⁺ KSL短期造血干细胞受影响较小。谱系分化能力在各群体中基本保持正常。

条件性Mafb敲除减少造血干细胞数量和集落形成能力

Mafb^f/f::Tie2-Cre小鼠的骨髓分析显示，KSL细胞和长期造血干细胞群体显著减少。集落形成实验进一步证实，CFU-E(红系)、CFU-GM(粒-巨噬系)和CFU-Mix(混合系)集落数量明显下降，表明造血祖细胞功能受损。

这项研究首次系统地揭示了MAFB在造血干细胞中的阶段特异性双重功能。在胎儿发育期，MAFB作为增殖抑制因子，防止造血干细胞过度扩增；而在成年期，它转变为维持长期功能的关键因子，防止干细胞衰竭。这一发现不仅深化了我们对造血干细胞发育生物学的理解，也为相关血液疾病的治疗提供了新的靶点思路。

研究结果与已知的造血干细胞静息调控网络相呼应，提示MAFB可能通过调控细胞周期相关基因如p21等，参与维持造血干细胞的静息状态。与视黄酸信号、GSK3、c-MYB等重要通路的潜在联系，为进一步探索MAFB在造血干细胞中的分子机制指明了方向。

该研究的创新性在于突破了传统上对转录因子功能的单一认知，展示了同一基因在不同发育阶段可能发挥完全相反的作用。这种阶段特异性调控机制的理解，对于开发针对不同年龄阶段血液疾病的精准治疗策略具有重要意义。未来研究需要进一步阐明MAFB下游靶基因网络，以及它如何整合各种微环境信号来精确调控造血干细胞命运决定。