地方性砷中毒严重威胁人类健康,天然生活饮用水含砷量过高引起的砷化物中毒已成为全球性公共卫生问题,中国正是受砷危害最严重的国家之一。亚砷酸钠是饮水污染中毒性最强、主要的砷化物存在形式。流行病学研究显示砷中毒可以引发多种疾病,以皮肤损伤和周围血管疾病最为常见,其中周围血管性疾病经久不愈是其防治中的棘手问题。血管内皮祖细胞(EPCs)具有极强的增殖潜能,通过血液循环迁移并定居在受损伤血管的内皮细胞层,分化为成熟的内皮细胞对损伤的血管进行修复。业已证明EPCs在维护血管完整性及促进损伤血管的修复和再建过程起关键作用。关于亚砷酸钠对人EPCs的损伤效应及其作用的分子机制研究尚未见报道。首先,本研究针对人EPCs存在的数量有限这一实际状况,应用抗人CD34抗体包被的免疫磁珠从人脐静脉内皮分离出人源内皮祖细胞。经流式细胞术分析显示该细胞表达VEGFR2(KDR)、CD34及CD133,符合早期内皮祖细胞。并应用生物反应器–微载体培养系统对该细胞进行扩增培养。结果显示这一培养系统与传统的平皿培养相比较有更高的扩增效率,更好地保留了早期祖细胞标志性分子,并且具有更强的成管能力。从而建立了标准的细胞分离、检测及体外富集方法,保障了本研究后续的机制研究对足量、优质的人EPCs的需求。接着,在上述研究结果的基础上系统地研究了亚砷酸钠对人内皮祖细胞的效应及分子机理。本研究结果表明亚砷酸钠抑制EPCs增殖,呈典型的剂量–效应关系和时间–反应关系。亚砷酸钠对EPCs有明显的促凋亡作用,其作用随暴露剂量的增加而增强。亚砷酸钠抑制EPCs迁移和成管功能。上述结果表明亚砷酸钠可能是通过抑制人EPCs增殖、促进EPCs凋亡、降低EPCs迁移和成管能力,导致周围血管性疾病迁延不愈。为了进一步研究亚砷酸钠对人内皮祖细胞效应的分子机理,本研究通过基因表达谱进行研究。结果显示亚砷酸钠显著地改变了人EPCs的基因表达谱,其中下调CYP1A1、AGT、IGF2表达水平,上调SFRP1、RPS6KA2、HTRA2表达,以及上调AXL、COL1A1、TPM1表达可能分别在亚砷酸钠抑制EPCs增殖、诱导EPCs细胞凋亡和氧化应激反应中起重要作用;下调BMP2、CCL20、VTN表达以及下调BMP2、C3、AGT、APOH表达可能在亚砷酸钠抑制EPCs迁移和成管功能中发挥作用。这部分结果应用实时定量RT-PCR进一步得到了验证。项目研究结果揭示了砷化物引起血管损伤经久不愈的细胞学基础,为解释砷化物对血管损伤的分子机理提供了新证据,为地砷病血管损伤的防治提供了新思路。最后,本研究将转录因子OCT4转入人脐静脉内皮细胞中,结果显示OCT4的过表达促进细胞体外成管能力;改变了细胞基因表达谱,特别是EPCs特异性标记分子VEGFR2(KDR)、CD34及CD133显著高表达;应用生物信息学分析显示OCT4通过上调干细胞维持相关基因表达以及下调细胞分化相关基因表达改变血管内皮细胞表型为EPCs。为人EPCs的获取提供另一来源。