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·综述·
诱导多能干细胞向肝脏细胞分化的研究进展
陈金梅姚婷陈小华
【摘要】肝脏是人体最大的实质性器官,是不可或缺的“化工厂”。肝细胞的非正常死亡影响肝脏功能进而影响人体
物质代谢,终末期肝病的高死亡率尚未得到有效解决。人类诱导多能干细胞提供了一种潜在的、取之不尽的自体干细胞来
源,在不同生长因子和小分子物质诱导下逐步分化成包含肝细胞样细胞在内的多种组织细胞。近年来,通过模拟肝脏发育
的三维环境,干细胞分化的肝细胞样细胞在表型和功能表达上更接近***肝细胞,为肝脏疾病治疗研究和药物开发提供广
阔的平台。本文将阐述人诱导多能干细胞向肝脏细胞分化的新技术及相关应用前景。
【关键词】诱导多能干细胞;分化;肝脏细胞;细胞治疗;疾病建模;药物研发
2007年,团队通过四种转录因子(4、2、持的未分化状态[4]。另一方面激活素-与受体结
YamanakaOcSoxiPSCAnodal
4和-)将人类真皮成纤维细胞重编程为诱导多能干细合,模拟信号诱导内胚层分化[5]。体外实验中,在4
KlfcMycnodalBMP
胞(),从而开启了一个医学和生物科学技术领域的新时和其他3抑制剂的辅助下,高剂量的激活素能够抑制多
iPSCPIKA
代。具备干细胞的自我更新和多能分化特征,在一定条能基因的表达并成为内胚层分化的诱导信号[6]。同时,有研究
iPSC
件下可以分化成多种细胞谱系,重现细胞发育的生物信息,反者发现在激活素存在的情况下,内胚层可以继续发育为肝祖细
映人类疾病的发生发展进程,用来预测药物对人体的靶器官毒胞[5]。与激活素同是-β家族成员,在胚胎发育,
BMPATGF
性和作用机制,在药物筛选方面具有广泛的应用前景。细胞增殖和分化中起着重要的作用[7]。其中4、10是
BMPBMP
2009年,等通过模拟人体的肝脏胚胎发育过程,首次将人分化中常用的细胞因子,以和信号途径介导中胚
SongSmadMAPK
诱导多功能干细胞定向诱导分化为肝细胞样细胞(),并且层和内胚层的产生[8]。肝谱系成熟通常使用和,前
HLCHGFOSM
在肝细胞标志物和功能的表达上与来源肝细胞相当[1]。者在体内由非实质细胞产生,是促进肝再生的重要因子[9]。而
hESC
在小鼠模型中,具有在体内整合到肝实质的能力,使其通过激活3信号促进肝细胞的发育成熟[10]。
hiHEPOSMSTAT
成为再生医学的潜在来源[2]。生长因子价格昂贵,在一定程度上限制了大规模诱导的开
可从成体细胞直接诱导而成,避免破坏胚胎所引起展。一些相对低价且有效的小分子物质()引起人们的关
iPSCSMs
的伦理问题,完全不受来源限制,同时具有与其来源相同注。糖原合成酶激酶()-3抑制剂99021、磷酸肌醇3
iPSCGSKCHIR
的遗传背景,极大地解决了免疫排斥问题。但干细胞来源的肝-激酶(3)抑制剂294002、受体激动剂-己酰基-
PIKsLYHGFN
细胞分化效率低、诱导过程复杂、费用昂贵、致瘤性及免疫原-(6)氨基己酰***和3诱导剂(地塞米松)分别被用于定
IleCYPA
性,极大地限制了其在临床和科研实践中的应用。形内胚层分化、肝祖细胞形成和肝细胞成熟。有学者通过
SMs
一、分化方案成功分化出,并且在总体基因和肝标志物表
hiHEPshiHEPs
(一)外源诱导剂总体上,分化原则是模拟肝脏的胚胎发达方面与生长因子分化的肝脏细胞相似[11]。与其他方法相
育,使细胞分化遵循自然发展途径。最初是以时间依赖的方式比,基于小分子的肝脏细胞分化方案具有简单、稳定、安全和可
使用不同的生长因子作为调控细胞生长的发育信号,如激活重复性的优势。
素-、成纤维细胞生长因子()、骨形态发生蛋白()、(二)培养条件随着对肝脏分化的研究不断深入,有学者
AFGFsBMP
肝细胞生长因子()和肿瘤抑制素-()等,但分化而将干细胞与非实质细胞(内皮细胞、成纤维细胞)共同培养产生
HGFMOSM
来的细胞通常表达不成熟的肝脏细胞表型(即表达早期标志物表型上更接近***的肝脏细胞[12,13]。尝试使用不同的天然或
以及低水平的成熟肝脏细胞标志物和细胞色素450活性[3])。合成的支架维持细胞分化的三维空间结构,肝脏细胞可在该结
P
干细胞的肝脏分化主要分成三个阶段:定形内胚层、肝祖构中诱导生长,同时可再现真实的细胞外基质条件,促进营养
细胞形成、类肝细胞成熟。干细胞的多能状态由-β/物质、氧气和其他因素的输送。目前已经开发了多种可降解生
TGF
/和信号通路维持。一方面和物相容性支架材料,包括天然(胶原蛋白、明胶、等)、合成(聚乳
ActivinNodalFGFFGFActivin[]
刺激3-/3β信号上调多能基因的表达,维酸、聚乙二醇和聚乳酸聚乙醇酸()等)材料14。一些纳
APIKGSKNANOGPLGA
基金项目:国家自然科学基金项目(82070615)和上海市人才发展资金项目(2020083)
作者单位:200233上海交通大学附属第六人民医院感染病科
通信作者:陈小华,:******@163.
Emailchenxiaohuacom
,.2022,.27,.3
·368·ChineseHepatologyMarVolNo
米材料,包括水凝胶纤维[15]、3可灌注芯片系统[16]、石墨烯基移植以及理论上减少免疫排斥风险的重要优势。2014年对一
D
3支架[14]、电纺纳米纤维[17]等因其优越的理化性质(孔径、硬名患有渗出性年龄相关性黄斑变性()的日本妇女进行了
DAMD
度、弹性、导电性)也被用作细胞的支架,最大程度地降低对细第一次基于细胞疗法的人体临床试验,该患者右眼被植
iPSC
胞的潜在危害。细胞外基质成分是理想的支架材料,肝脏脱细入了视网膜色素上皮细胞()片,术后1年右眼的最佳矫正
RPE
胞生物支架的出现保留了完整的血管网络和天然的细胞外基视力在没有接受常规治疗的情况下未改善也没有恶化,且2年
[18]
质,比人工合成的支架有更大的优势,为组织工程肝脏的研内没有发生免疫排斥等严重不良反应[24]。2018年,程刚等利
究带来新的方向。用治疗肝纤维化大鼠,移植后4周大鼠肝损伤程度及
hiHEP
肝脏组织工程研究日新月异,细胞和支架的结合开启了将肝功能有明显改善[25]。最近的临床前研究表明,移植
hiHEP
多种器官特异性细胞类型整合到单一结构器官的时代,重现人也改善了遗传性肝病和的预后[26,27]。随着基因组编辑
ALF
类肝脏的生理和微观解剖结构,即所谓的类器官。2001年技术的发展,人们通过使用核酸酶和成簇的有规律间隔的
等采用成年大鼠的肝脏细胞经胶原酶分离后维/系统对目标基因进行修饰和校正,而技术
MichalopoulosCRISPRCasiPSC
持在肝细胞培养基与生长因子中,经历一系列复杂的变化后,和基因编辑技术联合应用为一些单基因遗传代谢性肝病的“基
最终产生具有胆管上皮细胞、肝细胞和内皮细胞的组织结因矫正”提供了希望[21,28]。
[19]
构。等利用来源肝细胞与人脐静脉内皮细胞()
TakebeiPSC三体外疾病模型疾病建模是另一个重要的生物医学
和人间充质干细胞在基质胶涂板层上共培养,产生最初的应用。来源于不同患者的特异性分化为功能成熟的肝脏
[20]iPSC
源性肝细胞类器官。利用产生具有肝胆结[29]
iPSCGuaniPSC细胞,可构建遗传性肝病模型,如病、家族性高胆固醇
[21]AAT
构的肝类器官。比起传统的2培养,肝脏类器官增加了体血症[30]、糖原贮积病1型[31]、病(7缺乏)[32]、家
DaWilsonATPB
外肝脏培养系统的复杂性,弥补体外细胞培养和真实组织之间族性甲状腺素运载蛋白淀粉样变性[33]等,模拟疾病的病理过
,、。,
的差距并可长期扩增冷冻保存更为重要的是在动物试验程,为药物研发寻找新的思路。
。
中类器官实现了血液循环和功能表达的统一也广泛应用于嗜肝病毒感染中。使用人类多能干
、hiHEP
三应用前景细胞诱导分化,能够表达肝细胞标记物和对乙肝病毒
HLC
虽然具体的诱导分化方案依据实验目的或者条件有()感染重要的宿主因子,再现病毒的生命周期和病毒诱
iPSCHBV
所不同,但其终极目标都是产生具备相应结构和功能的肝脏细[34-36]
导的肝功能障碍。同样表达已知的参与丙肝病毒
胞并应用于临床,以探索疾病的发病机制及潜在的治疗方案hiHEP
()进入的丙肝病毒宿主受体(-1、、-、
(图1)。HCVClaudinOccludinSRBI
81),并支持丙肝病毒基因型2长达21天的完整生命周
CDa
期[37]。戊肝病毒()[38]、寨卡病毒()[39]感染的肝脏
HEVZIKV
模型也已经开发出来。同时来自不同供体的是个体化肝
iPSC
炎研究与治疗的可靠模型。经脂肪酸处理过的可以诱
hiHEP
导出非酒精性脂肪肝表型,从而鉴定肝脂肪变性相关的肝标记
物和调节通路[40]。
四、总结与展望
尽管为肝脏疾病带来了新曙光,但目前的分化方案
iPSC
衍生出的仍然与人类成熟肝细胞有一定差距。同时
HLC
中检测到的基因组易位将产生融合蛋白和新的免疫原
iPSCs
性决定簇,直接或间接促进体内免疫原性和致瘤性,引发安全
图1的分化过程及应用
hiHEP问题[41]。尽管种种限制,我们仍需要竭尽全力寻找新的方案,
(一)药理学研究具有细胞色素450活性,适用
hiHEPP将干细胞分化为具有表型稳定性且无致瘤风险的功能性和可
于研究药物代谢和药物毒性检测。一方面,由于的遗传
iPSC移植性细胞。相信随着分化技术及材料的进一步发展与成熟,
特异性,可以研究肝脏药物代谢能力和药物反应个体间
hiHEP势必将在临床应用上取得更大的突破。
差异[22]。另一方面,评估药物对肝细胞形态和生存能hiHEP
hiHEP
力的影响,在进入临床试验之前可发现潜在的肝毒性,从而提参考文献
[23]。
高药物开发效率[1],,,.
(二)细胞治疗肝细胞移植是目前终末期肝病的有效治JeongJKimKNChungMSetalFunctionalcomparisonof
humanembryonicstemcellsandinducedpluripotentstemcells
疗手段,但肝细胞来源有限、分离细胞质量差和免疫排斥反应-.,2016,
assourcesofhepatocytelikecellsTissueEngRegenMed
限制了它的应用。在再生医学领域,有研究人员已提出使用来13:740-749.
源于的细胞再生替代受损组织,以实现功能恢复。[2],,,.
hPSCYuanLLiuXZhangLetalAChimericHumanizedMouse
尤其具有产生分化的患者特异性细胞、允许自体细胞-
hiPSCsModelbyEngraftingtheHumanInducedPluripotentStemCell
肝脏2022年3月第27卷第3期·369·
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急性重症自身免疫性肝炎治疗研究进展
蒋妮李俊峰李敏毛小荣
【摘要】急性重症自身免疫性肝炎(-)是一种罕见的疾病,因其不具有典型临床及实验室特征预,故诊治困难,
ASAIH
预后差,目前临床尚无标准治疗规范。文章从-患者治疗方面着手,从不同人群对治疗方法(皮质醇类固醇激素、其
ASAIH
他免疫抑制剂、肝移植等)的选择,治疗效果预测指标、评价指标等方面最新研究成果进行综述。
【关键词】自身免疫性肝炎,重症自身免疫性肝炎,治疗
急性重症自身免疫性肝炎(类固醇治疗。诱导方案包括泼尼松龙(//)或静脉注
AcuteSevereAutoimmunemgkgd
,-)为自身免疫性肝炎(射***泼尼松龙(1/)3,±
HepatitisASAIHAutoimmunegdd
,)中少见表现之一,其诊断困难,病情进展快,/。33/34患者对治疗有反应,没有患者需要肝移植。
HepatitisAIHmgd
疗争议,总体预后差。本研究聚焦-患者治疗,综述目在这项研究中,高的有效率归因于发现时评分较低,早
ASAIHMELD
前-患者的治疗及相关的最新研究成果,为临床医生及期使用皮质类固醇和静脉注射剂量较高。
ASAIH
相关工作者提供参考。有些研究得出了不同结论,在等[4]报道的在接受
Yeoman
一、皮质类固醇激素治疗及评价皮质类固醇治疗的23例-患者中,5例(22%)为/级
ASAIHIII
(一)皮质类固醇激素的使用皮质类固醇激素反应性是,其中10/23(43%)患者对皮质类固醇激素治疗有反应,余
HE
的一个特征性表现。目前数据表明,皮质类固醇治疗6个患者者接受了肝移植(,)或其他治疗。
AIHLivertransplant