2020年12月8日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心徐成冉研究員課題組和合作者在Cell Reports在線發(fā)表了題為“Large-scale Generation of Functional and Transplantable Hepatocytes and Cholangiocytes from Human Endoderm Stem Cells”的研究論文。該論文報(bào)道了規(guī)?；a(chǎn)生功能化且可移植的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和膽管細(xì)胞的新方法。

肝臟是人體內(nèi)重要的代謝調(diào)控器官，對于穩(wěn)態(tài)維持具有不可替代的作用。肝臟病變會誘發(fā)嚴(yán)重的疾病。體外產(chǎn)生肝系細(xì)胞對于藥物肝毒性檢測、肝臟疾病藥物篩選及移植治療具有重要的意義。然而，受限于技術(shù)方法等原因，迄今為止體外誘導(dǎo)得到的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞的功能和可移植性并不成熟，并且產(chǎn)生的目的細(xì)胞數(shù)目有限。

課題組構(gòu)建了以人類內(nèi)胚層干細(xì)胞（hEnSCs）為材料、高效無血清的懸浮三維肝向分化體系（圖A）。相對于人的胚胎干細(xì)胞，內(nèi)胚層干細(xì)胞具有易維持、無成瘤性、增殖能力強(qiáng)且均一化程度高的特點(diǎn)，并且能夠有效地縮短終末分化細(xì)胞的誘導(dǎo)時間（Cheng et al., 2012）；且懸浮三維培養(yǎng)體系能夠在實(shí)現(xiàn)規(guī)?；耐瑫r促進(jìn)細(xì)胞功能成熟。通過這個分化體系誘導(dǎo)得到的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞的效率和純度更高，且單位前體細(xì)胞產(chǎn)生的終末分化細(xì)胞的數(shù)目更多。

進(jìn)一步，課題組通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析顯示由內(nèi)胚層干細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生肝系細(xì)胞的過程接近于體內(nèi)分化發(fā)育路徑（Wang et al., 2020; Yang et al., 2017）（圖B），但誘導(dǎo)得到的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞具有異質(zhì)性，其中一個亞群細(xì)胞的基因表達(dá)譜更接近原代肝細(xì)胞的性質(zhì)。課題組通過分析不同亞群細(xì)胞之間的差異表達(dá)基因，并借助發(fā)育學(xué)研究提供的線索，發(fā)現(xiàn)抑制EGF信號通路或激活PKC-ERK/MAPK信號通路能夠分別提高肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞的分化效率，得到純度更高的終末分化細(xì)胞。并且，將這種誘導(dǎo)得到的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞移植入急性肝損傷的大鼠體內(nèi)，能夠有效地提高大鼠存活率（圖C）。

圖（A）體外規(guī)?；a(chǎn)生功能化且可移植肝系細(xì)胞的流程圖。（B）體外肝系細(xì)胞分化路徑的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析。（C）誘導(dǎo)得到的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞的移植顯著提高急性肝損傷大鼠的存活率。

因此，課題組構(gòu)建了全新且高效的肝向體外分化體系，通過這個體系誘導(dǎo)得到的肝實(shí)質(zhì)和膽管上皮細(xì)胞將為肝臟體外發(fā)育研究、肝臟類器官和肝臟疾病模型體外構(gòu)建、高通量藥物篩選、肝臟疾病移植治療等提供理想的細(xì)胞來源。

中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所、中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心程新研究員，徐成冉，上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳洛南研究員和上海長征醫(yī)院殷浩研究員為本文的通訊作者。中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所馮思思博士、吳佳穎博士、鄧小剛博士和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院邱偉林博士和楊李博士為共同第一作者。該課題得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃的資助。

來源：北京大學(xué)