肝臟是哺乳動物重要的代謝器官。肝臟在生理穩(wěn)態(tài)過程中通過緩慢的增殖維持自我更新，但在受到損傷后具有很強的再生能力。研究表明，在2/3肝切除后，小鼠肝臟能在一周內恢復至原先大小。與體內的增殖能力不同，成體肝細胞在體外難以進行培養(yǎng)和擴增。雖然近期的一些研究發(fā)現(xiàn)，利用小分子化合物和細胞因子等可以實現(xiàn)肝細胞在體外的長期擴增，但這些培養(yǎng)方法較為復雜，且長期體外培養(yǎng)的肝細胞往往功能受損。

鑒于肝細胞在臨床治療、藥物篩選和藥物安全性評價等方面的應用價值，對肝細胞的體外擴增機制及方法的研究具有重要意義。11月29日，中國科學院上海藥物研究所謝欣研究組在《自然-通訊》（Nature Communications）上，發(fā)表了題為IL6 supports long-term expansion of hepatocytes in vitro的研究論文，報道了簡單且接近生理條件的長期擴增并保持原代肝細胞功能的新體系。

本研究通過篩選體內調節(jié)肝臟再生的細胞因子發(fā)現(xiàn)，利用IL-6結合EGF和HGF（IL6培養(yǎng)基）可誘導小鼠原代肝細胞在體外大量擴增，并可接近無限傳代（論文發(fā)表時已>50代）。實驗與估算顯示，肝細胞可以在150天內擴增約10³⁵倍（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，肝細胞在擴增過程中會去分化為肝祖細胞（IL6 induced hepatic progenitor cells，IL6-iHPCs）進行增殖，且增殖中的肝祖細胞一直具有分化為成熟肝細胞（IL6 induced mature hepatocytes，IL6-iMHs）的能力。同時，IL-6培養(yǎng)基也可用于建立單細胞來源的IL6-iHPCs細胞系。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，IL6-iMHs具有與原代肝細胞相似的功能，例如糖原儲存、白蛋白分泌、尿素合成和藥物代謝等。IL6-iMHs也具有與原代肝細胞相似的體內治療作用，可在移植后60天左右重建Fah^-/-小鼠的整個肝臟（>95%），并挽救Fah^-/-小鼠的生命（圖1）。研究證實，擴增至30代后的IL6-iMHs依然具有較好的重建Fah^-/-小鼠肝臟和挽救Fah^-/-小鼠生命的作用。

成熟的肝細胞多為多倍體細胞。而在體外培養(yǎng)過程中，IL6培養(yǎng)基主要促進二倍體肝細胞的擴增。進一步研究發(fā)現(xiàn)，IL6培養(yǎng)基可激活STAT3、ERK和AKT等信號通路（圖2）。通過系統(tǒng)比較肝切后體內再生過程以及肝細胞在體外不同培養(yǎng)條件下的轉錄組的變化，研究發(fā)現(xiàn)IL6培養(yǎng)基下游三條主要通路的組合可進一步激活Barx2、FoxM1、Elf3和Mxd3等轉錄因子的表達，從而促進肝細胞的增殖。

本研究建立了模擬生理條件的體外高效擴增肝細胞的新方法。該研究推進了關于肝細胞體內再生和體外擴增之間的研究，對解析肝細胞增殖機制具有重要意義，并為利用肝細胞進行藥物篩選和臨床治療奠定了基礎。

研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）“器官重建與制造”、國家自然科學基金、中國博士后科學基金的支持。

論文鏈接

　　圖1.a、肝細胞在IL-6培養(yǎng)基中的增殖；b、利用IL-6培養(yǎng)基建立單細胞來源的細胞系；c、IL6-iMHs移植后可挽救Fah^-/-小鼠；d、移植后63天可重建Fah^-/-小鼠肝臟。

圖2.IL6培養(yǎng)基是通過激活STAT3、ERK和AKT等信號通路，并進一步激活下游轉錄因子的表達來促進肝細胞的增殖

來源： 上海藥物研究所