今天分享一篇关于胆固醇与造血作用相关的文章，文章发表在Science杂志上，题为“Aibp介导的胆固醇外排指导造血干细胞及祖细胞的命运”。文章由一个科学现象作为引子，通过大胆的假设，并应用先进的ChIP-seq、RNA-seq、ATAC-seq等测序技术小心求证，一步步抽丝剥茧，最终得到整个调控的网络图。

研究背景和要解决的科学问题

在脊椎动物中，造血干细胞和祖细胞(HSPCs)通过产生所有类型血细胞来维持造血输出。在胚胎发生过程中，HSPCs从位于背主动脉(DA)底部的少数内皮细胞(ECs)中产生，HSPCs的产生受血管调控。高胆固醇血症是动脉粥样硬化发生的主要诱因，并且能加速HSPCs的扩张和迁徙。高胆固醇血症对造血作用的分子机理至今任然不清楚。已有研究表明Aibp2缺陷胚胎胆固醇含量增加，并且Aibp2调控背主动脉血管生成。但Aibp2对造血作用的分子机理至今仍然不清楚。

因此本工作的主要目的就是研究Aibp2通过何种分子机理调控造血作用。

科学问题拆解

1）Aibp2在造血过程中是否有作用？

2）Aibp2能够调控胆固醇的含量，那么胆固醇是否对造血过程有影响？

3）如果胆固醇对造血过程有影响，那么胆固醇又是通过何种途径影响造血过程？

4）最终Aibp2影响造血过程的分子机理又是怎样的？

实验设计及结果解读

为了研究Aibp2在造血过程中的功能。作者首先生构建了apoa1bp2^−/−敲除斑马鱼，发现其形态正常。在apoa1bp2^−/−中，腹侧背主动脉中表达的HSC标记基因runx1、cmyb和胸腺中HSC衍生的T淋巴细胞标记基因rag1表达均显著降低。流式细胞仪分析发现，Aibp2敲除减少了cmyb+kdrl+细胞（受精后28 - 60小时腹侧背主动脉中新生的HSCs）的数量。这些数据表明，Aibp2直接调控HSC的发生和特化。

由于Aibp2缺陷胚胎胆固醇含量增加，那么胆固醇对HSC产生是否有影响？作者使用降胆固醇药物阿托伐他汀处理apoa1bp2敲除或敲降突变体。在Aibp2缺失的斑马鱼中，阿托伐他汀处理能够减少游离胆固醇水平，提升HSC标志基因runx1的表达。在背主动脉，阿托伐他汀扩大了cmyb + kdrl +细胞层。结果表明，有效的胆固醇代谢能够调控HSC出现。

胆固醇合成需要主控转录因子Srebp2，那么Aibp2是否对Srebp2有调控作用？Srebp2由结合在内质网上的前体蛋白产生；当细胞胆固醇消耗时，前体通过两步蛋白水解，将Srebp2 N端转录激活结构域释放到细胞核中，并指导胆固醇合成基因Hmgcr、Srebf2和胆固醇摄取基因Ldlr 的表达。通过在Aibp2突变体中检测Srebf2的表达情况，发现Aibp2缺失导致Srebf2表达下调，Aibp2过表达会引起srebf2表达上调。在人中AIBP能够增加高密度脂蛋白（HDL，胞外转运胆固醇）接受胆固醇的能力，导致胆固醇外排。作者发现AIBP与HDL以剂量效应的形式激活Srebp2。这些结果表明Aibp2介导胆固醇被HDL接受，导致细胞内胆固醇水平下降从而激活Srebf2。

既然Aibp2能造成胆固醇外排调控Srebp2的活性并且调控HSC的发生，那么是Srebp2介导了Aibp2对造血的作用吗？

作者生成了srebf2⁻/⁻敲除突变斑马鱼。发现Srebp2突变显著降低了runx1、cmyb和rag1等HSC标志基因的表达。同样，敲降Srebp2扰乱了HSC的出现和造血作用的缺失，显著降低cmyb ⁺ kdrl ⁺ HSCs细胞数量。而过表达Srebf2能够补救缺失表型。表明Srebp2对造血作用具有促进作用。

同时，在Aibp2 敲除突变体中注射核Srebf2 mRNA或者在Aibp2缺失突变体中过表达Srebf2能够补救Aibp2突变造成的受损HSC出现。说明Srebf2作用于Aibp2的下游。

综上表明Srebp2作用于Aibp2的下游并指导HSC的特化。

由于Notch信号在HSC特化中的关键作用，那么Srebp2是否调控Notch信号？ Aibp2或Srebp2缺失显著降低了notch1b在背主动脉中的表达，暗示apoa1bp2或srebf2突变体HSC出现的受损是由于Notch信号减弱造成的。为了证实这一猜想，作者在apoa1bp2-或srebf2缺失突变体中过表达notch1b能够恢复apoa1bp2-或srebf2缺陷动物中runx1 mRNA的表达。通过分析notch1b启动子发现，其存在Srebp2潜在的motif；通过ChIP-qPCR验证Srebp2确实结合在notch1b的启动子区域。因此Srebp2调控notch1b的表达。

作者进一步使用RNA-seq、ChIP-seq和ATAC-seq数据系统验证Srebp2调控Notch信号。作者比较了小鼠造血内皮细胞（HEC）、内皮细胞EC（包含HEC和pre-HSCs）和有淋巴潜能的祖细胞(pHPLPs)的RNA-seq数据，发现HECs相对于ECs或者pHPLPs，上调基因中Notch通路基因显著被富集；并且Srebp2 ChIP-seq数据发现 peak在这些上调基因的启动子中显著富集。同时ATAC-seq数据表明, 在HECs中Srebp2 ChIP-seq peak确实位于活跃的转录相关开放染色质区域, 79% ChIP-seq peak与ATAC-seq peak重叠 。综上Srebp2是Notch通路的关键调控因子。

总结

1）作者由Aibp能够影响造血作用和胆固醇，推测Aibp调控胆固醇并影响造血作用，并且得到很好的证实；

2）接着作者调查这其中的分子机理，首先考虑的就是胆固醇合成主控转录因子Srebp2，如期获得了Aibp调控Srebp2的铁证，并且Srebp2就具有调控造血作用的新功能；

3）最后作者将目标锁定到造血作用的主控信号途径Notch信号途径。并且Srebp2就能够调控Notch信号；

不知道这三步中作者有没有进行大量筛选，才得到这样“如有神助”的结果；但不管怎么样要想发Science，工作就得做的细致、漂亮和让人惊叹~