我国是世界上高原地区人口最多的国家,平均海拔4000米以上的青藏高原占国土面积的1/4,对我国有着独特而巨大的地缘政治意义。随着核能核技术广泛应用于工业、农业、环保、医学等领域,在高原地区发生由电离辐射(ionizing radiation,IR)引起放射损伤的风险也将逐渐升高。低氧是高原地区最突出的环境特点,因此研究低氧环境放射损伤修复对高原地区核应急救援与核辐射伤员救治有着十分重要的现实意义。造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)被诱导凋亡及血管龛(niche)损伤是中重度骨髓型急性放射病引起骨髓(bone marrow,BM)损伤和造血功能衰竭的主要原因,因此,降低电离辐射对造血干细胞及血管龛的损伤是核辐射损伤防治对策的首要目标。造血干细胞及其后代,如多能祖细胞(multi-potent hematopoietic progenitor,MPP)和造血祖细胞(hematopoietic progenitor cell,HPC),因不表达成熟造血细胞表面标志物而表达干细胞因子受体c-Kit和干细胞抗原Sca-1标志物,被统称为LSK(Lin~-Sca-1~+c-Kit~+)细胞。造血干细胞随机分布于生理性低灌注低氧的血管龛附近,内皮细胞和血管周表达瘦素受体(leptin receptor,Lep R~+)的基质细胞可分泌因子促进造血干细胞功能维持。稳态情况下,造血干细胞倾向于利用厌氧糖酵解来满足自身能量需求,但在各种应激(感染、辐射和化疗)条件下,因增殖分化导致能量需求激增而转向Nirmatrelvir半抑制浓度有氧代谢并随之产生大量活性氧(reactive oxygen species,ROS)。已有研究证实,生理水平的ROS促进造血干细胞分化增殖,而当ROS产生过多则损伤造血干细胞的长期增殖能力。已知低氧诱导因子(Hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)是低氧条件下稳定的低氧应激敏感蛋白,在造血干细胞尤其是长期造血干细胞(Long term hematopoietic stem cell,LT-HSC)高表达,其下游信号通过细胞自主和非自medical birth registry主机制维持造血干细胞的静止、存活和代谢动态平衡,在造血干细胞应对各种应激过程中,起着重要的抵抗力调节作用。我们推测,低氧在造血干细胞放射损伤修复中发挥作用可能与HIF-1α相关,但通过何种机制参与以及以何种效应影响造血干细胞及血管龛需要研究证实。血管内皮生长因子A(Vascular endothelial growth factor A,VEGFA)是一种低氧诱导的血管生成因子,主要来源于LSK细胞,以造血干细胞自主分泌的方式维持着造血干细胞特性,为胚胎和成人造血所必需。有研究表明,骨髓中HIF-1α升高和VEGFA表达增强与骨髓氧浓度降低趋势相一致,机体通过HIF-1α诱导上调VEGFA从而促进造血干细胞的存活和功能,并增加血管通透性,但长期低氧和辐射后,VEGFA的变化趋势及对造血干细胞和血管龛的影响并不十分清楚。血管生成素1(Angiopoietin-1,ANGPT1)是不被成骨细胞表达、在造血干细胞表达最高而在c-Kit~+造血祖细胞、巨核细胞和Lep R~+基质细胞中低表达的促血管生成因子。ANGPT1过表达诱导LSK细胞静止并通过ANGPT1-Tie2信号转导途径促进LT-HSC与血管龛的粘附及干性维持,对调节造血分化和LT-HSCs的功能至关重要。ANGPT1还通过促进平滑肌细胞对新形成血管的化学吸引和抑制血管内皮钙粘蛋白VE-cadherin内化而增强内皮细胞间的紧密连接来减少血管渗漏。但ANGPT1是否参与了低氧调节造血干细胞功能,并影响造血干细胞放射损伤修复,目前尚未确定。围绕以上问题,本课题自行设计了常压低氧动物饲养舱和便携式低氧辐照转运装置,建立了低氧实验平台和低氧习服动物模型,以~(60)Co一次性辐射模拟急性放射损伤事件,通过血常规检测、流式细胞术、免疫荧光染色、组织病理学、酶联免疫吸附测定等方法,分别观察比较低氧习服与辐照后低氧处理对小鼠辐射后生存率、造血干细胞急性放射损伤及修复的影响效应,并探讨其相关机制。得到的研究成果与结论如下:1、自行设计的低氧实验设备均获得新型实用专利证书,能够持续稳定地维持设定的低氧环境。2、辐射前低氧习服具有辐射保护效应,提高小鼠生存率,且该保护效应随低氧习服时间增加而增强,14天时最佳;低氧习服诱导增加LSK细胞、LT-HSC数量比例和血管龛重塑,减轻造血干细胞及血管龛的放射损伤,加速外周血细胞恢复。3、辐照后低氧处理显著改善小鼠生存率,尤其12h低氧处理效果最明显,而辐照后立即复常氧则加重造血干细胞和血管龛损伤;辐照后低氧处理阻滞造血干细胞的细胞周期,抑制造血干细胞过度增殖,减少造血干细胞活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)过度产生及造血干细胞早期凋亡,减轻血管龛损伤,促进外周血细胞恢复。4、Navitoclax溶解度低氧诱导造血干细胞内HIF-1α的稳定,并促进造血干细胞合成VEGFA和ANGPT1,不仅调节造血干细胞的静止,还能通过调节血管内皮钙粘蛋白VE-Cadherin来调控内皮完整性,而内皮的完整性对造血干细胞的功能维持至关重要。总之,通过本课题研究,我们自行设计建立了常压低氧实验平台,明确了辐照前低氧习服和辐照后低氧处理可降低造血干细胞放射损伤、促进造血恢复,揭示了低氧可作为独立或辅助性方法减轻与辐射相关的造血干细胞损伤,初步阐明了HIF-1α、VEGFA、ANGPT1、VE-Cadherin在低氧调节造血干细胞与血管龛功能方面的作用机制,为开展高原低氧地区放射损伤防护与医疗救治提供了新的思路。