白血病(Leukemia)是一类影响到骨髓以及血液的血液恶性疾病的统称。其中急性白血病以造血系统中早期幼稚髓系或淋巴系细胞大量癌性增值、细胞分化停滞为主要特征。KLFs家族是锌指蛋白超家族的一个亚家族,通过调控包含GC盒或CACCC序列的基因的表达,参与细胞增殖、分化、凋亡、肿瘤发生等一系列生理、病理过程,KLFs家族成员在造血作用中发挥着重要的作用。KLF3(BKLF)是KLFs家族重要成员之一,参与多种分化事件；过程中KLF3主要通过结合其他辅助因子来发挥抑制因子的作用；KLF3在造血组织中特异高表达,标志性造血调控转录因子KLF1通过结合在KLF3启动子特定区域来调控其表达。我们从公共数据库中下载了若干组急性髓系白血病(Acute Myeloid Leukemia, AML)以及急性淋巴系白血病(Acute Lymphoblastic Leukemia, ALL)病人骨髓中的早期幼稚血液细胞的测序数据,用生物信息学的方法评估了两种病人中KLF3基因的表达水平。我们发现,相对于对照来说,KLF3在AML以及ALL这两种病人的早期白血病幼稚细胞中均异常表达,暗示KLF3在白血病细胞中发挥某种调控作用。K562细胞系被认为是具有类似于造血祖细胞性质与多向分化潜能的一种白血病细胞系,在不同的诱导条件下可以向红系、巨核系等方向分化。我们以K562白血病细胞系为研究模型,通过KLF3的过表达及敲低等实验来探究KLF3因子对白血病细胞系向红系以及巨核系方向分化的影响。我们发现,敲低K562细胞中KLF3的表达之后,在诱导其向红系方向分化过程中,红系表面特征性标志分子CD235a和CD71双阳性的细胞占细胞总量的比例上升；同样,在诱导KLF3稳定敲低K562细胞向巨核系方向分化过程中,该细胞表面巨核系表面特征性标志分子CD61的表达被促进,同时,敲低KLF3的表达可以促进K562细胞向巨核系方向分化时细胞贴壁数量的增加以及伪足的形态形成。反之,在K562细胞系中过表达KLF3时,表型结果与敲低实验刚好相反。这些结果表明KLF3影响K562的红系和巨核系分化过程,推测KLF3在白血病细胞中能够调控造血过程。进一步,我们对稳定敲低KLF3的K562细胞进行了全基因组的表达谱的分析,通过对差异表达基因的分析发现,KLF3缺陷影响多个造血作用相关的重要基因的表达,差异表达基因高度富集到了“造血相关疾病”、“造血系统发育以及功能”以及“造血作用”等几个大的功能模块中；同时我们也更为深入地观察到这些差异表达基因包含在与造血作用相关的多个功能模块中,包括多种谱系细胞的分化、发育、数量及形态维持、增殖和迁移等等；除了参与正常的造血分化过程外,我们同样分析发现KLF3可能还参与了多种血液系统疾病发生过程,如贫血、红细胞增多症、血液系统肿瘤、淋巴瘤形成以及白血病等。最后,我们利用数据分析与实验探索相结合的手段,初步推测KLF3可能通过影响AML信号通路或者通过与其他若干调控因子相互作用来发挥其调控作用。综上,本课题通过对公共数据库深度挖掘,结合文献阅读,确定了调控造血作用和功能的因子KLF3。之后借助细胞系模型进行了功能研究,并进一步通过组学手段对该因子的调控功能进行了分析和验证。这些工作丰富了血细胞造血作用分化调控网络的基础理论研究,为造血作用相关的分化发育机制的进一步阐明提供了重要线索。当前,诱导细胞分化是发育异常疾病如白血病等治疗的主要途径之一,我们的课题研究为这些疾病的诊断和治疗提供了新的靶点以及有力的理论依据。