全 文 ：第25卷 第7期
2013年7月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 25, No. 7
Jul., 2013
文章编号：1004-0374(2013)07-0654-07
收稿日期：2012-12-06；修回日期：2013-01-21
基金项目：国家自然科学基金海外合作基金项目
(81129020)；天津市重点基金项目( 11JCZDJC19100)；
国家重点基础研究发展计划 (“973”项目 )重大专
项(2011CB964800-G)；国家自然科学基金面上项目
(81072237)
*通信作者：E-mail: aimin-meng00@yahoo.com；Tel:
022-8568235
Lkb1维持造血干细胞稳态及其机制研究进展
李程程，孟爱民*
(中国医学科学院放射医学研究所，天津市核医学重点实验室，天津 300192)
摘　要：造血干细胞 (haematopoietic stem cells, HSCs)具有自我更新功能，可分化成多系血细胞。微环境、
活性氧 (reactive oxidative species, ROS)、细胞周期调控分子和能量代谢等对 HSCs的稳态具有调节作用。抑
癌基因 Lkb1，又名 STK11 (serine threonine protein kinase 11)，在多种细胞内磷酸化激活蛋白激酶 AMPK
(AMP-activated protein kinase)，调节机体代谢和细胞增殖。近期研究发现，Lkb1在 HSCs的代谢调控及稳
态维持中发挥重要作用。对 Lkb1在 HSCs数量、功能、代谢的稳态维持中的作用研究进展进行综述。
关键词：造血干细胞；Lkb1；稳态；腺苷酸活化蛋白激酶
中图分类号：Q812；R730.2　　文献标志码：A
Lkb1 regulates the homeostasis of hematopoietic stem cell and
the progress of its mechanism research
LI Cheng-Cheng, MENG Ai-Min*
(Tianjin Key Laboratory of Molecular Nuclear Medicine, Institute of Radiation Medicine, Chinese Academy of Medical
Sciences & Peking Union Medical College, Tianjin 300192, China)
Abstract: Haematopoietic stem cells (HSCs) has the potentiality to renew themselves and to differentiate into
specialized blood cells. The niche, ROS, cell cycle regulatory factor, and energy metabolism do influence the
homeostasis of HSCs. Lkb1 promotes the phosphorylation of AMPK, regulating the organism metabolism and cell
growth. The recent research discovered that Lkb1 has important role in the regulation of metabolism and
maintaining homeostasis of HSCs. This article reviewed the research progress about the role of Lkb1 in the quantity,
function, and metabolism homeostasis of HSCs.
Key words: haematopoietic stem cell; Lkb1; homeostasis; AMPK
造血干细胞具有自我更新、分化和保持静止的
功能，保持这些功能的稳态平衡对于维持造血干细
胞的功能非常重要。造血干细胞微环境 (包括细胞
因子、细胞黏附因子 )与胞外基质之间通过复杂的
相互作用，特异性地调节干细胞的生物活性 [1]。活
性氧 (reactive oxidation species, ROS)水平和细胞周
期的调节对于保持造血干细胞稳态也起着至关重要
的作用。生理水平的 ROS作为信号分子可以调节
各种细胞功能，包括干细胞的增殖分化。病理条件
下，ROS生成过多，可以诱导干细胞衰老，导致干
细胞过早的耗竭，出现造血功能紊乱 [2]。细胞周期
调控分子也是造血干细胞保持稳态的重要调控因
子，如周期蛋白依赖性蛋白激酶 (cyclin-dependent
protein kinases, Cdks)，对于细胞周期调控起着重要
作用。当细胞周期减慢时，有助于维持造血干细胞
静止和自我更新；而细胞周期快则有利于祖细胞的
有效扩增，细胞周期停止即为分化做准备。因此，
细胞周期一方面成为造血干细胞继续产生分化细胞
李程程，等：Lkb1维持造血干细胞稳态及其机制研究进展第7期 655
的基础，一方面也作为一个关卡，以防细胞无秩序
繁殖成为癌细胞 [3]。
细胞内能量代谢在造血干细胞功能维持中的作
用近年来逐渐受到关注。研究表明，干细胞更多地
依赖于糖酵解而不是线粒体氧化磷酸化供能 [4]。静
止的造血干细胞主要存在于低氧环境中，以厌氧酶
途径产生ATP。FoxO3a是调控代谢的重要转录因子。
近期，研究人员通过分析 FoxO3a转录因子缺陷小
鼠发现，HSCs p38丝裂原激活的蛋白激酶 (MAPK)
磷酸化增强 , ROS水平增加，造血干细胞进入增殖
期 [5]。Lee等 [6]分析秀丽隐杆线虫 (Caenorhabditis
elegans) 静止期调控基因 DAF-16的同系物，发现
低等的生物体，如线虫和细菌，在低温和低营养环
境中，可以通过抑制代谢，进入静止期来维持生存。
因此，Arai和 Suda[1] 推测，哺乳动物 HSCs的静止
很有可能也类似线虫和细菌，在低氧的环境下通过
抑制代谢调控造血干细胞的静止。
Lkb1，又名 STK11(serine threonine protein kinase
11)，是一种全新的丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶，长期
以来被认为是肿瘤抑制因子 [6]。Lkb1活化后磷酸化
激活 AMPK，AMPK转而激活结节性硬化复合物
(tuberoussclerosis complex, TSC)，TSC抑制 mTORC1
(mammalian target of rapamycin complex 1, mTOR复
合物 1, 雷帕霉素靶蛋白复合物 1)，降低蛋白质翻
译和细胞生长。AMPK调控 Foxo家族转录因子，
在调节能量代谢、细胞周期、细胞凋亡和氧化应激
方面具有重要作用。在 C. elegans中，Lkb1-AMPK
是调节生殖系干细胞群稳态的关键途径 [7]。
因为细胞周期调控和能量代谢对于维持造血干
细胞稳定至关重要，本文将对 Lkb1在代谢调节和
细胞周期调控中的作用，对干细胞稳态的影响及其
机制进行综述。
1　Lkb1及其相关功能简介
1.1　Lkb1基本特征和分布
Lkb1基因位于人的第19号染色体短臂13.3区，
整个基因跨度为 23 kb，含有 9个外显子和 11个内
含子，转录方向是从端粒到着丝点 [8]。几乎所有的
人体组织均有 Lkbl mRNA表达，但在上皮、睾丸
生精小管和肝脏等组织表达较高。胎儿的 Lkbl
mRNA表达高于成人的相应组织，肿瘤组织中的表
达高于相应的正常组织和良性病变 [7]。
1.2　Lkb1 缺陷表型变化
Lkb1基因的胚系突变 (germline mutation)是
Peutz-Jeghers综合征 (PJS)的主要致病原因，PJS是
一个常染色体显性突变，以黏膜与皮肤的色素沉着
过度和多重良性的肠息肉为特征，PJS患者易诱发
胃肠道恶性肿瘤。其他 PJS相关的恶性肿瘤还包括
乳腺癌、肺癌、子宫癌、卵巢癌、宫颈癌和睾丸癌 [9]。
此外，在散发的非小细胞肺癌中 Lkb1体细胞突变
也占有很大比例 (30%~40%)[10-11]。利用 Lkb1条件
性非活性等位基因方法建立的基因敲除小鼠，在多
个组织中进行 Lkb1敲除，结果显示前列腺、皮肤、
子宫、肠道和胰腺缺乏 Lkb1时能够诱发组织增生，
产生肿瘤 [12-13]。将 Lkb1导入一些 Lkb1缺陷的癌细
胞中可以引起生长阻滞和肿瘤发生的逆转 [12-13]。 例
如，自身不表达 Lkb1的 HeLa细胞 (宫颈癌细胞株 )
和 G361细胞 (黑色素瘤细胞株 )，导入 Lkbl后可
发生 G1期细胞周期阻滞，这可能是 Lkb1可以诱导
p21WAF1/CIP1 过表达 [9]和 Brahma相关基因 -1蛋白
(Brahma-related gene 1 protein, Brg1)的表达，从而
抑制细胞生长的原因。p21WAF1/CIP1是一种细胞周期
蛋白依赖激酶，可使细胞周期阻滞在 G1期，而
Brgl是 SWI1-SNF2复合体的组分之一，具有 ATP
依赖的解螺旋酶活性。Lkb1的 N末端可与 Brgl的
解螺旋酶结构域结合，导致后者的酶活性增强而
使细胞周期阻滞。
1.3　Lkb1调控代谢通路
腺苷酸活化蛋白激酶 (adenosine monophosphate-
activated protein kinase, AMPK)是哺乳动物细胞中
高度保守的蛋白，是细胞的“代谢和能量感受器”。
它对细胞内 AMP/ATP比值变化相当敏感，在各种
应激 (缺氧、缺血、营养物质缺乏、运动等 )条件下，
AMP/ATP比值增加，AMPK活化，下调合成代谢
过程 (如蛋白质、脂肪酸和胆固醇的合成 )，降低
ATP的消耗，同时催化氧化过程 (如脂肪酸氧化、
糖酵解等 )，以生成更多的 ATP，起到缓解应激，
维持机体的正常代谢的作用 [14]。
AMPK除了在调节能量代谢方面起重要作用
外，活化的 AMPK还可以磷酸化 TSC1-TSC2，TSC
复合物可抑制小 GTP酶 Rheb (rashomolog enriched in
brain)，而后者是 mTOR活化所必需的刺激蛋白。
在缺氧、营养匮乏等应激下，Lkb1通过激活 AMPK
进而磷酸化 TSC1-TSC2，抑制 Rheb的活性，负
向调控 mTOR的功能 [15]。活化的 mTOR主要通过
磷酸化蛋白质翻译过程中的核糖体蛋白 S6激酶
(ribosomal protein S6 kinases, S6K)和真核细胞翻译
启始因子 4E结合蛋白 1 (eIF4E-binding protein1, 4E-
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BP1)来控制细胞生长，两者是蛋白质翻译的关键调
节因子。当 4E-BP1经 mTOR作用发生磷酸化后，
磷酸化的 4E-BP1与 elF4E发生分离，解除了翻译
起始的抑制作用，从而增加了细胞周期蛋白 D1、
Rb蛋白、低氧诱导因子 -1 (hypoxia inducible factor-1,
HIF-1)、血管内皮生长因子 (vascular endothelial gro-
wth factor, VEGF)、CLIP-170等促进细胞生长关键
蛋白的翻译，有利于细胞的生长。另外，Chen等 [16]
研究发现，TSC-mTOR途径能够抑制干细胞中 ROS
产生和线粒体生物合成，使干细胞静止在 G0期，说
明 AMPK-mTOR通路与干细胞周期调控密切相关。
Lkb1可以从代谢水平、细胞生长周期和 ROS
水平等方面调控造血干细胞稳态 (图 1)，因而成为
研究热点。
2　Lkb1缺陷破坏HSCs稳态
2.1　Lkb1缺陷导致HSCs的衰竭
Nakada等 [17]发现，不同分化状态的骨髓细胞
HSCs中 Lkb1 mRNA表达量明显高于其他造血细
胞，因此通过基因靶向技术，植入 Bruce4 胚胎干
细胞 Lkb1 floxed (IoxP-flanked) 等位基因 (Lkb1fl)，
然后从成熟的 Mx1-cre; Lkb1fl/flx小鼠造血细胞中用
聚肌苷多聚胞嘧啶 (pIpC)诱导 Lkb1条件性敲除，
HSCs表面标记和细胞循环动力学未出现改变。
用 pIpC 诱导后 2~6 d，Lkb1突变小鼠 HSCs
数目明显增加；6~18 d，Lkb1敲除对于造血组织的
组成和细胞结构的影响不明显；18 d后，多能祖细
胞 (multi-potent progenitors, MPPs)先迅速扩增，然
后与 HSCs一起呈现衰减的趋势；24~34 d后，出
现各类血细胞减少的症状。
Lkb1基因的缺失促进了HSCs和MPPs的增殖。
BrdU实验显示，与野生型小鼠比较，Lkb1缺陷的
HSCs和MPPs在 18 d后，BrdU阳性细胞明显增加，
在粒 -单核系祖细胞 (granulocyte/monocyte progenitors,
GMPs)和全骨髓细胞 (whole bone marrow, WBM)中
则没有明显的变化。Lkb1缺失诱导HSCs细胞死亡。
Lkb1能够促进造血干细胞静止，通过调节增殖、代谢和细胞生存来保持造血干细胞稳态。这种调节机制不依赖于AMPK、
mTORC1和FoxO途径。Lkb1介导造血干细胞功能的靶标尚不清楚，是否是14个已知的AMPK相关酶还需要进一步研究。在
造血干细胞中，AMPK、mTORC1和FoxO都能被Lkb1调节，但不是造血干细胞稳态的主要调控通路。
图1　Lkb1在造血干细胞中的作用
李程程，等：Lkb1维持造血干细胞稳态及其机制研究进展第7期 657
pIpC诱导 11 d之后，细胞凋亡酶 Caspase-3活性增
加，并且出现 Annexin-V+DAPI+死亡细胞，这些细
胞只存在于 Lkb1缺陷的 HSCs，而不是 MPPs、
GMPs 或者WBM 细胞中；24 d之后，所有细胞都
死亡。以上这些说明 Lkb1缺失诱导骨髓细胞消耗
增加，并且 HSCs相较其他已分化细胞更依赖于
Lkb1的调节。
Gurumurthy 等 [18] 分别对 pIpC 诱导 Mx1-cre;
Lkb1fl/flx条件性敲除小鼠和他莫昔芬诱导的 Rosa26-
creERt2品系小鼠进行观察发现，Lkb1 突变的动物
出现各类血细胞减少的症状，脾脏和胸腺的细胞数
也明显减少。HSCs体外的克隆形成实验显示，
Lkb1缺陷会形成更小的克隆，说明 Lkb1缺失导致
骨髓细胞的衰竭。
2.2　Lkb1缺陷的小鼠HSC丧失造血重建功能
Gan 等 [19]通过进行竞争性和非竞争性移植实
验，检测 Lkb1缺陷对于 HSC体内重建造血功能的
作用。在竞争性移植实验中，他们观察到 Lkb1缺
陷型小鼠与野生型相比，移植重建能力明显降低。
在非竞争性移植实验中，所有接种了 Lkb1L/L、Rosa26-
creERt2骨髓细胞的受体小鼠 60 d内都出现了贫血，
各类血细胞减少，HSC增殖之后开始死亡。
而 Nakada等 [17]也进行了移植实验和克隆形成
实验来检测Lkb1缺陷的HSCs功能。与对照组相比，
Lkb1缺陷的细胞全骨髓、B淋巴细胞、T淋巴细胞
的重建功能都有不同程度的缺失，说明 Lkb1不仅
调节 HSCs的增殖，还调节其分化功能。克隆形成
实验中，Lkb1缺陷HSCs不能形成正常的克隆。综上所
述，Lkb1缺失降低了 HSC对造血系统的重建能力。
2.3　Lkb1调节HSC线粒体功能
在 FoxO敲除的小鼠中，ROS水平升高，引起
HSCs的消耗 [20]。Nakada等 [17]推测，Lkb1和 AMPK
缺陷是否通过提高 ROS水平影响干细胞功能。他们
条件性敲除编码 AMPKα亚基的两个基因 Prkaa1和
Prkaa2，产生 AMPK缺陷的细胞，但无论是 Lkb1
缺陷还是 AMPK缺陷都不影响 ROS水平，这说明
Lkb1缺陷的 HSC衰竭并不是由 ROS升高引起的。
但是，在 Lkb1和 AMPK缺陷的 HSCs中，都观察
到线粒体质量 (mitochondrial mass)明显增加，而
DNA拷贝数明显减少，说明线粒体功能紊乱和 ATP
消耗增加导致了线粒体质量增加补偿 ATP消耗。
在 Lkb1缺陷的 HSCs中，线粒体膜电位降低
(Δψ、线粒体功能和完整性降低的标志 )，但在
AMPK缺陷的 HSCs中没有发现 (Δψ)的改变。Gan
等 [19]发现，Lkb1蛋白的缺失可导致线粒体合成转
录调控因子 PGC-1α和 PGC-1β表达下降，但在
AMPK缺失的 HSCs中没有发现，说明 Lkb1通过
AMPK依赖和不依赖两种途径调节线粒体功能。
与对照组相比，Lkb1缺陷的 HSCs 6~11 d后
ATP水平下降了 10%~15%， AMPK缺陷的 HSCs也
明显观察到了 ATP水平的降低，而MPPs和 GMPs
则未观察到，说明 Lkb1-AMPK途径对于 HSCs的
线粒体功能和能量稳定很重要。
然而，在体外实验中，Lkb1缺陷的 HSCs扩
增 (6 d)之后快速地衰竭 (18 d)，而 AMPK缺陷的
HSCs表型则不相同，其细胞数量缓慢下降 70 d后，
减少为原来的 50%。而且 AMPK缺陷的 HSCs可以
重建受照射小鼠的造血细胞。这说明 Lkb1对 HSC
的稳态维持不依赖于 AMPK途径。
2.4　Lkb1缺陷影响HSCs染色体形态和功能
Lkb1缺陷的 HSCs体外培养时，产生较小的
克隆。BrdU和 phospho-Histone H3染色实验表明，
这种 HSCs出现细胞死亡，不能完成有丝分裂。进
一步观察发现，Lkb1缺陷的 HSCs克隆存在编外中
心体和畸变纺锤丝。这种现象只存在于 HSCs中，
在 GMPs中并没有发现。Lkb1缺陷的 HSCs或者死
亡，或者产生非整倍体的后代，而 AMPK缺陷的
HSCs并没有出现这种表型，说明 Lkb1调节染色体
稳定不依赖于 AMPK途径。
2.5　Lkb1调节干细胞静止
静止期维持障碍将会导致造血干细胞的耗竭。
在 Mx1-cre的 Lkb1缺陷模型中，Gurumurthy 等 [18]
通过分析骨髓细胞，发现早期 (3 d) HSCs有 2.5倍
的增加，随后的时间点 (每两天为一个时间点 )出
现了明显的减少。他们在 Rosa26-creERt2模型同样
观察到了类似的现象。与其他的造血细胞亚群相比，
这种早期的细胞增加只出现在 HSCs中。
Gan等 [19]也用 Rosa26-creERt2 小鼠模型评估
了体细胞 Lkb1敲除对造血干细胞的影响。给予小
鼠他莫昔芬 30 d后，成年小鼠干细胞组织 Lkb1被
完全诱导敲除。与对照组相比，Rosa26-creERt2 Lkb1
缺陷小鼠呈现体重减少、嗜睡、驼背，最终死亡。
Lkb1体细胞缺陷的小鼠出现各类血细胞减少
的症状，还出现贫血表型，但是在缺陷型小鼠中，
空腹血糖水平有所提升，所以 Lkb1缺陷型小鼠的
贫血表型并不是由于葡萄糖代谢系统缺陷导致。
Lkb1体细胞缺陷还影响了多系细胞存活，例
如 Ter119+和红系祖细胞减少，包括血小板、Gr-1+/
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Mac-1+细胞、B细胞和 T细胞等所有造血家系细胞
的严重减少。
Lkb1缺陷小鼠的 LSK细胞和长期造血干细胞
(long term hematopoietic stem cell, LT-HSC) 数目在
早期急剧地增加，随后出现减少。BrdU实验表明
Lkb1缺陷的 LSK细胞 BrdU的阳性率增加。Lkb1
缺陷致使 LSK和 LSK CD34-细胞的增殖率升高，
而全体骨髓细胞和成熟分化的造血细胞则影响不
大，说明 Lkb1主要调节 HSCs细胞静止。
Nakada等 [17] 进行了体内的竞争移植实验，造
血细胞重建能力显著减少。非竞争移植实验，所有
的突变系 Rosa26-creERt2骨髓细胞 60 d内死亡，贫
血，各类血细胞减少，HSCs静止状态消失，随后
发生衰减。这些数据显示 Lkb1对于调节造血干细
胞静止起着重要的作用。
2.6　Lkb1维持骨髓细胞的能量稳态
在肝脏和肌肉中缺乏 Lkb1，能量利用、糖脂
代谢以及线粒体质量都会有所影响，这些影响部分
是 AMPK依赖的。因此，Gurumurthy 等 [18]猜想是
否 Lkb1突变的骨髓细胞表现出代谢缺陷。最初 3 d，
他们发现在 Lkb1突变的髓样祖细胞 (common myeloid
progenitor, CMPs)、淋巴样祖细胞 (common lympho-
cyte progenitor, CLPs)和 HSCs中，线粒体膜电位显
著下降，线粒体氧消耗和整体的线粒体氧化能力也
减少，说明 Lkb1缺陷导致生物能量的缺乏。尽管
增加了葡萄糖摄取，Lin- (lineage negative)的骨髓细
胞中基本 ATP水平还是明显地下降。奇怪的是，最
初 Lkb1缺陷的 CMPs、CLPs和 HSCs线粒体质量
明显下降，然而在后来 (5 d后 )又增加。这个双向
的作用也可能是由于这些细胞代谢发生改变，产生
应激性反应，因而提升了 ATP水平。综上所述，这
些数据显示 Lkb1突变的造血细胞不能够维持细胞
正常能量值，线粒体功能产生缺陷。
为了进一步阐明 Lkb1缺陷的细胞代谢改变，
在 Lin+和 Lin-细胞中，Gurumurthy等 [18]利用气质
色谱和液质色谱 (GC/MS和 LC/MS/MS)分析了总
体的代谢数据。分析结果显示，在 Lin+和 Lin-细胞
中，Lkb1缺陷的细胞显著地提高了脂质代谢 (尤其
是大多数可检测的长链脂肪酸和一些关键脂肪酸 )，
也提升了核苷酸代谢。个别的氨基酸、二肽和一些
糖酵解柠檬酸循环在突变组和对照组比较中显示了
差异。线粒体功能的降低和脂肪酸水平的升高，说
明 Lkb1作为一个“变阻器”，在造血细胞中调控着
合成代谢和分解代谢的平衡。
3　Lkb1调节HSCs稳态机理
HSCs在静止、自我更新和分化之间维持着精
确的平衡，该平衡由复杂的调控机制维持。营养缺
乏、代谢或者氧化失衡、组织缺氧等细胞压力都会
影响干细胞的静止、自我更新和分化。HSCs[21]和
海马的 NSCs (neutral stem cells)[22]主要分布在低氧
环境下。HSCs主要利用糖酵解，而不是线粒体氧
化磷酸化供能 [4]。在这种低氧的环境下，缺氧诱导
因子 α (hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)通过上调
p16Ink4a和 p19Arf [23]保持HSC的静止。在海马NSCs中，
HIF-1α增强Wnt/b-catenin信号，促进 NSCs的增殖
和存活 [22]。因为 HIF和 mTOR通路可以在能量应
激条件下调节细胞代谢，而 HSCs主要在低氧的环
境下存在，所以 HIF和 mTOR通路调节干细胞的
静止并不足为奇 [24]，但是调节干细胞生物的完整代
谢信号通路并没有很好地阐明。Lkb1作为肿瘤抑
制因子和 Lkb1通过调节 AMPK途径调节能量代谢
机制多有报道，但其在造血干细胞中的代谢调控机
制并没有很好地阐明，现将从以下几个方面介绍。
3.1　Lkb1调节HSCs衰竭的机理
Lkb1可以激活 AMPK、mTORC1和 FoxO，这
3条通路是否与 Lkb1缺陷的 HSCs衰竭相关？在
Lkb1缺陷的 HSCs中，AMPKα亚基磷酸化水平降
低，而 mTORC1的活化磷酸化位点 S6的磷酸化水
平升高，说明 Lkb1缺陷的 HSCs中 AMPK活性降
低和 mTORC1活性升高，而增强的 mTORC1活性
导致 HSC衰竭 [24]。那么，在 Lkb1缺陷的 HSCs中，
是否通过这条途径调节干细胞功能？ Nakada等 [17]
用 mTORC1的抑制剂——雷帕霉素，尽管抑制了
mTORC1的活性，但 Lkb1缺陷的骨髓细胞免疫重
建功能并没有恢复，说明 Lkb1调节干细胞功能不
依赖于 mTORC1途径。FoxO缺陷的 HSCs，由于
ROS水平升高，导致存活率下降，干细胞功能紊乱。
给予抗氧化剂——N乙酰半胱氨酸 (NAC)治疗
Lkb1缺陷的造血干细胞，也未能恢复 Lkb1缺陷骨
髓细胞的免疫重建功能，证明 Lkb1调节干细胞的
功能也不依赖于 FoxO途径。
在 Lkb1缺陷的 HSCs中，利用二甲双胍 [19]或
者 A-769662[8]激活 AMPK活性，造血干细胞仍然
存在衰竭现象。在 HSCs中，敲除 AMPK的两个催
化亚基——AMPKα1和 AMPKα2，造成 AMPK的
功能失活，但是这与敲除 Lkb1导致的干细胞衰竭
的表型并不一致 [17]。综上所述，Lkb1调节 HSCs衰
李程程，等：Lkb1维持造血干细胞稳态及其机制研究进展第7期 659
竭不依赖于 AMPK、mTORC1和 FoxO这三条途径。
3.2　Lkb1调节线粒体功能的机理
Lkb1敲除的 HSCs转录组数据分析显示，涉
及过氧化物酶体增殖物激活受体 γ (peroxisome
proliferator-activated receptor γ, PPARγ)代谢途径的
基因富集，而 PPARγ共激活因子 PGC-1α和 PGC-
1b[19]表达下调。PPARγ主要调节线粒体生物合成
和功能，Lkb1敲除的干细胞中观察到了线粒体数
量减少和功能缺陷。AMPKα1/AMPKα2突变的干
细胞线粒体也出现同样的现象，说明 Lkb1调节线
粒体功能依赖于 AMPK途径。
3.3　调节有丝分裂和基因组稳定的机制
Gurumurthy 等 [18]用其他方法评价突变 HSCs
的代谢指标，脂肪酸水平升高，暗示 Lkb1还调节
细胞代谢的其他方面。Nakada等 [17]检测了突变的
HSCs体外增殖，发现 Lkb1缺陷的细胞有丝分裂出
现障碍，存在额外的中心体和异常纺锤丝。这些细
胞出现非整倍体、细胞凋亡，说明 HSC有丝分裂
和基因组稳定性是 Lkb1介导的。AMPKα1/AMPKα2
突变的 HSCs虽然也表现出线粒体功能障碍，但是
却可以重建受照射小鼠的免疫系统，所以这种现象
不依赖 AMPK途径 [17]。
3.4　Lkb1介导的维持HSCs稳态其他可能途径
早在 2003年，Reya等 [25]指出Wnt信号通路
对于调节 HSCs的自我更新有重要的作用。激活的
β-catenin在长期培养实验中过表达，增加了 HSCs
细胞群表型和功能。HSCs在自身通常的微环境中
激活 LEF-1/TCF报告基因，该报告基因响应Wnt
信号。为了证明该信号通路对于 HSC增殖的生理
意义，他们用蛋白和跨膜受体结合亚基结构域的异
常表达抑制了Wnt信号，导致了 HSCs体外生长抑
制，体内移植实验也证明了这种骨髓细胞免疫系统
再塑能力降低。Wnt信号在 HSCs中诱导了 HoxB4
和 Notch1的上调表达，这两个基因之前被报道在
HSCs的自我更新中有重要作用 [26-27]。Wnt信号通
路可以在很多情况下被 Lkb1激活，如Ma等 [28]研
究发现，在 PJS患者中，Lkb1能够激活Wnt/β-catenin
信号； Spicer等 [29]发现，Lkb1能够直接磷酸化丝
苏氨酸激酶 PAR1A，而 PAR1A的激活先前已被证
明为 Wnt/β-catenin 信号激活的重要调控因子。
Lkb1/XEEK1 在青蛙和哺乳动物中能够激活Wnt/
β-catenin 信号通路 [30]，但是 Lkb1是否通过Wnt/
β-catenin信号通路来调节造血干细胞的功能尚需
要进一步探究。
Duncan等 [31]研究发现，Notch通路是调节
HSCs自我更新、增殖和分化的关键因素。体外实
验表明，Notch信号在 HSCs中是活跃的，但是当
HSCs分化时，Notch信号下调。Notch信号的抑制
导致了造血干细胞体外加速分化和体内加速消耗。
完整的 Notch信号对于Wnt介导的未分化造血干细
胞的保持很重要，但是对于体外存活和进入细胞循
环作用不明显。无论如何，他们证明了 Notch信号
对于抑制 HSCs的分化起到重要的作用，也开启了
多条信号通路协同调节干细胞状态的研究图景。
4　总结与展望
综上，不同研究组人员用基因敲除的方法特异
性地将 Lkb1在造血干细胞中敲除，发现 Lkb1敲除
促进造血干细胞增殖，随后造成干细胞耗竭，全血
细胞减少。Lkb1缺失造血干细胞线粒体膜电位和
ATP降低，中心体和纺锤丝异常，但是造血缺陷不
依赖于 AMPK和 mTOR信号通路，Lkb1有可能通
过转录共激活因子 PGC-1起作用。而 Lkb1是否通
过调控 PGC-1s、Wnt/β-catenin和 Notch信号通路
来调控造血干细胞的相应功能有待进一步确认。
以上研究结果表明，Lkb1 一方面维持造血干
细胞处于静息状态，另一方面在机体需要时调节造
血干细胞的自我更新。当 Lkb1 缺失时，造血静息
状态不能维持，造血干细胞快速分裂，最终导致干
细胞的枯竭。因此，Lkb1是机体造血干细胞的代
谢稳态调节感受器。
Lkb1在维持造血干细胞稳态方面发挥重要作
用。HSCs大多数维持静止状态，并保持一定水平
的增殖和分化。HSCs保持不同的增殖分化状态的
分子机制，对各种内在、外部刺激反应的调节，以
及这些应对反应对老龄化及肿瘤发生的影响，是目
前研究的热点，这些研究将有助于降低放化疗毒副
作用，减少辐射等环境因素的损伤。深入了解干细
胞稳态的调节信号通路也将为治疗疾病，包括临床
移植造血干细胞的治疗提供有价值的科研资料，同
时为药物筛选的靶点选择提供实验依据。
由于 Lkb1在造血干细胞中确切的功能尚未研
究清楚，Lkb1是通过 AMPK及其相关酶发挥调节
干细胞稳态的功能，还是通过其他的机制来调节，
也是探索的热点。
[参　考　文　献]
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