責編丨迦漵
肝臟疾病全球影響超過10億人（中國約有4億肝病患者），嚴重威脅人類的生命健康【1】。目前對於終末期肝臟疾病和急性肝衰竭最有效的治療手段是原位肝器官移植，但是由於供體肝源的短缺和昂貴的治療費用，嚴重影響了相關患者的治療。隨著細胞治療和乾細胞技術的蓬勃發展，研究者逐漸嘗試使用人原代肝細胞與類肝細胞（ESC或iPSC定向分化的類肝細胞和成纖維細胞轉分化的類肝細胞等）替代肝器官移植治療肝臟疾病【2】。
由於人原代肝細胞來源有限、價格昂貴，而其他來源的類肝細胞在體內整合和成熟能力與原代肝細胞仍然有較大差距，所以如何在體外有效擴增人原代肝細胞成為了解決肝細胞治療肝臟疾病最為關鍵的難題。然而，體外培養人原代肝細胞極其困難，一直都是領域裡想要突破的難題。體外培養下，短時間內肝細胞形態就會改變、肝細胞功能急劇降低甚至完全丟失，進而發生細胞完全衰老和死亡。幾十年來，全世界的研究者們在這方面做了大量工作試圖攻克這一難題，然而直到最近這個問題都沒有被很好地解決。
肝臟是哺乳動物再生能力較強的器官之一，細胞可塑性在其中扮演著非常重要的作用。2015年，Tarlow等人發現小鼠肝臟在損傷的情況下，成熟的肝細胞能夠被重編程進入增殖的肝前體細胞狀態。這個過程伴隨著肝基因沉默以及肝前體細胞基因的逐步表達，並存在一種處於肝細胞和肝前體細胞間的中間態細胞【3，4】。在慢性肝病患者的肝臟中同樣也存在類似狀態的表達肝前體基因的肝細胞【5】。因此，研究者們一直希望能夠在體外利用肝細胞的這種可塑性獲取大量有功能能擴增的人肝細胞，從而徹底解決人肝細胞來源短缺的問題。2017年，相繼有實驗室報導了利用去分化為肝前體細胞狀態的方法建立了體外培養大鼠和小鼠肝細胞的培養系統，並且證實了增殖的嚙齒類肝細胞具有很好的肝臟整合能力【6，7】。這些工作為人原代肝細胞體外擴增提供了理論基礎和實現的可能性。
中科院生物化學與細胞生物學研究所惠利健研究組長期從事肝損傷再生以及肝細胞相關轉分化研究，近年來的代表性研究成果包括：成功將非肝細胞直接轉分化為功能肝細胞【8,9】（Nature, 2011; Cell Stem Cell, 2014）；構建了新型生物人工肝裝置，並成功救治肝衰竭大動物【10】（Cell Research, 2016）；提出了細胞屬性轉變過程中關鍵的染色體重塑「檢查點」理論（惠利健組揭示肝臟細胞命運決定的分子機制）【11】（Cell Research, 2017）；與第二軍醫大學附屬長征醫院謝渭芬課題組合作明確膽管細胞是肝細胞再生的重要細胞來源等【12】（Cell Stem Cell, 2018）。
11月8號，惠利健研究組與同濟大學彭魯英研究組合作在Cell Stem Cell 上發表了題為In vitro expansion of primary human hepatocytes with efficient liver repopulation capacity的重要研究成果，該項研究實現了人肝細胞的體外擴增，並證明了增殖的肝細胞體內功能與人原代肝細胞接近。這將很大程度上解決人肝細胞臨床治療肝臟疾病最為關鍵的難題，為肝細胞治療奠定了堅實的研究基礎。
概括起來，該研究主要包括以下四項創新點：
第一，該研究組建立了一整套全新的人肝細胞體外培養系統，將之前不能培養人原代肝細胞實現了體外鋼彈10000倍的擴增，並且檢測了不同種族、性別、年齡的多個個體在該培養系統中都表現出比較相似的增殖能力，這將為肝細胞的臨床治療提供了充足的細胞來源；
第二，該系統培養出的增殖的人肝細胞（ProliHH，proliferating human hepatocytes ）並沒有轉變成肝前體細胞。這些細胞依然保留了部分肝功能基因的表達和維持了部分肝細胞功能，通過整個表達譜分析發現ProliHH位於人原代肝細胞和肝前體細胞之間，處於共同表達肝功能基因和肝前體基因的雙表型的狀態。相對於肝前體細胞，這種更為接近原代肝細胞的雙表型狀態可能會使ProliHH在體內外的功能應用表現的更像人原代肝細胞；
第三，研究者利用3D培養的方式建立一套新型的肝向誘導的系統，通過該肝向誘導系統，ProliHH能夠在體外快速成熟，成熟後的ProliHH的肝基因與肝功能表現出近似原代肝細胞的水準，這無疑為體外研究藥物代謝以及嗜肝性病毒感染等方向的研究者提供了一個非常穩定的人肝細胞研究系統；
第四，最為關鍵的發現是研究者們將ProliHH移植到免疫缺陷的Fah敲除小鼠肝臟，這些細胞表現出近似人原代肝細胞在體內整合再殖的能力。60%的體內整合比例高於之前其他來源人肝細胞在體內的整合比例，並且在體內整合擴增後的ProliHH 的肝功能會得到進一步成熟，能分泌鋼彈毫克級的人白蛋白並顯示出人特異的藥物代謝能力。更為重要的是，移植的ProliHH在降低小鼠的肝損傷和提高小鼠的生存率等方面表現出與原代肝細胞非常相似的救治效果。
顯然地，這項工作提供一種很好的方式去獲得可增殖的有功能並且具有高效體內整合能力的人肝細胞，有效地解決了人肝實質細胞的來源問題。這將為體外肝臟疾病的模型構建和藥物篩選提供一個很好的研究系統以及為肝臟病人的肝細胞移植治療奠定了堅實的基礎。
體外擴增人體肝細胞相關研究是熱點研究領域，國內外有多個課題組試圖解決相關關鍵問題。值得一提的是，近期國內的鄢和新/王紅陽/何志穎合作團隊在Cell Research發表文章，報導了體外人類原代肝細胞向肝前體樣細胞的可逆轉化和擴增（Cell Research丨鄢和新/王紅陽合作團隊實現原代肝細胞的逆轉和擴增，開創肝病研治新細胞源）【13】。
據悉，博士研究生張坤、張魯狄博士等為本文共同第一作者，惠利健教授、彭魯英教授和張魯狄博士為本文共同通訊作者。
參考文獻
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