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专家解读丨肝细胞的体外扩增近期成为“热点”CellRes、CSC、Cell先后发表4篇研究论文
发布:2024-08-07 22:47:26 浏览:

  是肝脏的主要组成和功能细胞。原代肝实质细胞在肝脏疾病的体外模拟、肝病药物筛选、新药安全性评估等领域都有不可替代的应用,并在肝细胞移植治疗、体外生物人工肝等领域都有众多潜在的应用价值。但长期以来,原代肝实质细胞都星空体育 星空体育平台无法体外长期培养,更无法体外扩增,一直是肝脏研究领域的关键障碍

  在一些研究领域,可以用新鲜分离的小鼠原代肝实质细胞进行研究,但很多领域,人的原代肝实质细胞无法被替代。比如,人和小鼠的肝实质细胞在药物代谢途径上有很大区别,无法用小鼠肝细胞完全模拟人肝细胞的药物代谢过程。此外,人肝炎病毒无法感染小鼠肝实质细胞,更是让肝炎病毒的感染机制研究和肝炎药物筛选变得步履为艰。

  (荷兰皇家艺术与科学学院Hubrecht研究所教授,第一个在肠道中用Lgr5表征干细胞的人,发表论文总被引次数超过13万,曾获得过第一届“生命科学突破奖”)实验室在2013年和2015年分别建立了将小鼠和人的肝脏干细胞分离后在体外诱导形成类器官的方法,实现了肝脏干细胞的体外长期培养和大规模扩增【1 , 2】。但在没有肝损伤的情况下,肝脏干细胞在肝脏中的占比极低。因此这种方法在实际应用中其实存在很大的障碍。

  2017年日本Takahiro Ochiya实验室通过在培养基中添加ROCK抑制剂、TGFβ抑制剂和GSK3抑制剂的方法,将成熟的小鼠肝实质细胞去分化为能长期扩增培养的肝前体细胞,从而解决了肝脏干细胞来源不足的问题

  【3】。上海第二军医大学鄢和新(现上海仁济医院)/王红阳院士合作团队也在2017年和今年10月份发表论文建立了将小鼠和人的肝实质细胞体外诱导去分化为可体外扩增的肝脏干细胞的方法(Cell Research丨鄢和新/王红阳合作团队实现原代肝细胞的逆转和扩增,开创肝病研治新细胞源)【4】。中科院上海生化细胞所惠利健实验室,则通过在培养基中加入了Wnt3a等因子的方法,实现了将人肝实质细胞在体外大规模扩增(Cell Stem Cell丨惠利健/彭鲁英合作组实现人体肝细胞扩增技术突破)【5】。

  (1982年,Nusse和Varmus发现了Wnt1基因,HHMI研究员)实验室和荷兰Hans Clevers实验室则在最近“背靠背”在Cell上发表论文,建立了将小鼠或人原代肝实质细胞在体外诱导形成类器官(organoid)的方法在实现肝细胞的体外扩增【6,7】。这些方法获得的扩增后的肝实质细胞,都能重新整合到肝损伤的小鼠肝脏中,显示了这些方法在未来再生医学应用中潜在的重要价值。

  最近几个月多种关于肝细胞体外扩增方法的建立,也必然会大大促进肝脏研究领域的发展,让很多以前无法进行的实验变得可能。

  在近期发表的4篇原代肝实质细胞体外扩增培养的工作当中,鄢和新实验室采用的是2D培养的方法实现细胞扩增。这个过程中,人的原代肝实质细胞会去分化为肝前体细胞。肝脏干细胞相关的基因

  (如CK19和Sox9)都会显著上调,而成熟细胞的基因(如Alb和G6PC)都不再表达。扩增后的肝前体细胞在需要的时候可以重新分化为成熟的肝细胞。在这个方法中,部分供体来源的肝细胞可体外扩增培养20代,显示该方法可实现大规模的肝细胞扩增。

  惠利健实验室的方法也是在2D培养条件下实现肝细胞扩增。在扩增过程中,肝细胞会进入一个介于成熟肝细胞和肝前体细胞的中间状态,在增殖的同时维持一定的肝功能基因的表达。在通过3D培养诱导再分化后,肝细胞可以重新获得成熟的功能。

  (约10000倍)。尤为重要的是,移殖到肝衰竭小鼠中,扩增后的肝细胞具有和原代肝实质细胞类似的治疗效果,有超过70%的小鼠存活,而对照组全部死亡。

  Hans Clevers实验室则是采用3D培养形成类器官的方法实现肝细胞扩增。但文中主要的实验数据来自小鼠肝细胞或人胚胎肝细胞来源的类器官。对于成年人肝细胞来源的类器官,扩增能力有限

  (2-2.5个月)。文中也并未明确其扩增倍数。显示这种方法在应用中还有一定的局限,更适用于胚胎来源的肝细胞扩增。

  Roel Nusse实验室也是采用3D培养形成类器官的方法实现小鼠肝细胞扩增。他们的秘诀是在培养基中添加了TNFα。扩增后的小鼠肝类器官,具有许多成熟肝细胞的功能,但药物代谢功能可能有所欠缺

  (文中采用了CYP450酶功能较差的HepG2细胞作为阳性对照)。这项工作并未提到人肝细胞是否能采用类似的方法实现体外扩增培养。

  。2D培养的肝细胞,虽然功能通常不如3D培养,但对培养条件要求更低,更容易进行病毒感染、转染等实验操作。上述的3项人肝细胞体外扩增培养的方法中,各有各的优势,也都还有进步的空间。也许在不久的将来,进一步优化的培养系统能实现人肝细胞在体外大规模扩增的同时,长期维持成熟的肝细胞功能,从而快速推动肝细胞的临床应用。

  :黄鹏羽,2008年本科毕业于华中科技大学,同年进入中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所。2011年建立体外诱导小鼠成纤维细胞转分化为肝实质细胞的方法,该成果获当年“中国十大科学进展”。2013年毕业获细胞生物学博士学位,并于2014年7月加入上海科技大学生命科学与技术学院任助理教授、研究员、博士生导师,同时建立肝脏疾病与肝脏再生实验室。目前实验室主要从事慢性肝损伤后肝脏再生的机制和治疗的研究,尤其关注肝损伤过程中细胞死亡机制、小RNA修饰调控和细胞命运的调控。