肝臟再生是受復(fù)雜有序信號(hào)調(diào)控的結(jié)果
——從發(fā)現(xiàn)肝星狀細(xì)胞可促進(jìn)肝臟再生談起

于樂成

210002　南京　解放軍第八一醫(yī)院全軍肝病中心

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肝臟再生是受復(fù)雜有序信號(hào)調(diào)控的結(jié)果
——從發(fā)現(xiàn)肝星狀細(xì)胞可促進(jìn)肝臟再生談起

于樂成

210002南京解放軍第八一醫(yī)院全軍肝病中心

2014年12月Kordes等[1]在《臨床研究雜志》上發(fā)表了題為《肝星狀細(xì)胞促進(jìn)祖細(xì)胞和肝臟再生》的研究報(bào)告。他們采用維甲酸依賴性熒光激活性細(xì)胞分類法，從能夠表達(dá)綠色熒光蛋白(green fluorescent protein，GFP)的大鼠中分離和純化這些維甲酸存儲(chǔ)性(hepatic stellate cells，HSCs)，然后將GFP+ HSCs移植至野生型(wild-type，WT)大鼠肝損傷模型中。WT大鼠肝損傷模型的制作方法是在2-乙酰氨基芴(2-acetylaminofluorene，2AAF)或惹卓堿(retrorsine)存在的條件下進(jìn)行部分肝切除，這兩種模型均支持以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的肝臟修復(fù)。結(jié)果顯示：(1)移植的HSCs可形成間充質(zhì)組織、祖細(xì)胞、肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞，從而促進(jìn)宿主動(dòng)物的肝臟再生；(2)移植的HSCs也能使得膽紅素代謝功能缺陷的GUNN大鼠恢復(fù)代謝膽紅素能力；(3)將HSCs移植到宿主動(dòng)物的骨髓，可以從骨髓中分離到HSC衍生的細(xì)胞，并可將其再次成功移植到新的宿主動(dòng)物的受損肝臟中；(4)培養(yǎng)的HSCs在分化為具有膽酸合成和運(yùn)輸功能的肝細(xì)胞的過程中，可短暫呈現(xiàn)類似于祖細(xì)胞的特點(diǎn)。這些結(jié)果表明HSCs具有多潛能活性，代表了一種肝祖細(xì)胞的新來源，可以充當(dāng)具有肝膽細(xì)胞等特性的祖細(xì)胞(progenitor cells)群，促進(jìn)肝臟再生[1]。鑒于這項(xiàng)研究的新穎設(shè)計(jì)和重大發(fā)現(xiàn)，2015年8月Shupe和Petersen[2]在《肝臟》雜志上就此發(fā)表了專門評(píng)論。

HSCs的一大特點(diǎn)是在靜息狀態(tài)時(shí)含有大量維甲酸，因此被稱為維甲酸存儲(chǔ)性HSCs。以往認(rèn)為HSCs的主要功能是在慢性肝病時(shí)產(chǎn)生膠原纖維和導(dǎo)致肝纖維化，但對(duì)其在正常肝臟中的角色和功能知之甚少[1]。近年發(fā)現(xiàn)HSCs具有間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)的多種分子和遺傳學(xué)特征，能分化成脂細(xì)胞和骨細(xì)胞，對(duì)髓外血細(xì)胞的生成也有支持作用[3,4]。HSCs在肝臟定居的位置靠近肝竇內(nèi)皮細(xì)胞，這與MSCs在其他器官中的定居位置相似。靜息HSCs定居于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和肝細(xì)胞之間的Disse間隙，而Disse間隙是適合干細(xì)胞生存的典型環(huán)境。因此，種種證據(jù)提示，HSCs是一種肝臟固有的MSCs，但在Kordes等[1]的這項(xiàng)研究發(fā)布以前，長期以來并不清楚HSCs是否能夠充當(dāng)具有肝膽分化特性的祖細(xì)胞群并有利于肝臟再生[2]。

自從1950年代Farber等首次描述肝臟卵圓細(xì)胞的特征以來，有關(guān)肝祖細(xì)胞的研究試圖基于離散型標(biāo)志物組對(duì)這一細(xì)胞群進(jìn)行定義，這很類似于對(duì)造血干細(xì)胞的相關(guān)研究。肝臟再生是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，有賴各種協(xié)調(diào)良好的信號(hào)對(duì)受損肝組織的再增殖和再改造進(jìn)行調(diào)控。其中最重要的部分就是，肝細(xì)胞再生能夠有效恢復(fù)因肝損傷而喪失的任何體積的肝實(shí)質(zhì)。然而，在慢性肝損傷和某些特定的肝病，成熟的肝細(xì)胞并不能影響肝臟修復(fù)。在這些情況下，兼性肝干細(xì)胞(facultative liver stem cells)被募集以增強(qiáng)再生應(yīng)答。過去40年來曾采用多種策略分離這些肝祖細(xì)胞，包括密度梯度離心、基于膜抗原表達(dá)的細(xì)胞分類法以及通過細(xì)胞淘洗去除不需要的細(xì)胞等，但對(duì)于究竟應(yīng)該采用哪種策略分離肝祖細(xì)胞并未達(dá)成共識(shí)。有兩個(gè)重要因素使得接受某種單一的肝祖細(xì)胞分離技術(shù)變得復(fù)雜。其一是肝祖細(xì)胞群代表了一種細(xì)胞分化狀態(tài)譜，這為研發(fā)統(tǒng)一的肝祖細(xì)胞分離策略帶來了巨大挑戰(zhàn)。其二，現(xiàn)已清楚不同的損傷類型可激活不同的祖細(xì)胞群。這就為偏好不同實(shí)驗(yàn)性肝損傷模型的不同研究小組帶來了分歧。

Kuwahara等[5]曾于2008年描述了對(duì)應(yīng)于不同特異性肝損傷、含有不均質(zhì)性細(xì)胞的四種不同微觀解剖學(xué)分區(qū)。 第一種分區(qū)位于肝細(xì)胞膽小管(hepatocyte bile canaliculi)和終末膽小管(canals of Hering)近端的連接部位；第二種分區(qū)位于小葉內(nèi)膽管內(nèi)；第三種分區(qū)在膽管周圍，以一種并不表達(dá)典型干細(xì)胞標(biāo)志物的細(xì)胞為代表，符合這一描述的細(xì)胞是Petersen等在1998年以能夠誘導(dǎo)門管區(qū)壞死的試劑(特別是丙烯醇)處理后發(fā)現(xiàn)的；第四種是肝細(xì)胞樣祖細(xì)胞(hepatocyte-like progenitor cells，HSPC)分區(qū)，位于肝實(shí)質(zhì)內(nèi)，含有一種類似于小的過渡期肝細(xì)胞的細(xì)胞。Grisham等報(bào)道，在惹卓堿/PHx肝損傷模型中似有這種細(xì)胞群的誘導(dǎo)增殖。

在Kordes等[1]最新發(fā)表的這項(xiàng)研究報(bào)告中，通過一系列實(shí)驗(yàn)證明分離而得的維甲酸存儲(chǔ)性HSCs在肝內(nèi)能分化成多種類型的細(xì)胞。該項(xiàng)研究設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)論明確[1，2]。維甲酸存儲(chǔ)性HSCs能夠促進(jìn)肝再生，產(chǎn)生多種功能性細(xì)胞譜系。當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)同樣也將面臨其他類似的細(xì)胞移植研究所遭受的質(zhì)疑，亦即細(xì)胞融合、分化轉(zhuǎn)化(transdifferentiation)以及間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)換等所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)的潛在混雜性[2]。應(yīng)當(dāng)指出的是，在Kordes等的這項(xiàng)最新研究中，移植的細(xì)胞群并未得到精細(xì)的特征分析?？紤]到以往描述的肝祖細(xì)胞群和HSCs之間親近的空間關(guān)系，因此至關(guān)重要的是需要排除這兩種細(xì)胞同時(shí)被篩選出來的可能性。另一令人感興趣的問題是移植細(xì)胞群的生長動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)；通過量化測(cè)定移植的維甲酸存儲(chǔ)性HSCs的百分率，這個(gè)問題的解決并不復(fù)雜。鑒于其他小組研究顯示肝損傷模型的種類可影響細(xì)胞移植的效率，這也提示進(jìn)一步研究移植細(xì)胞群的生長動(dòng)力學(xué)特別切合需要。還有一點(diǎn)非常重要的是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到任何一種細(xì)胞移植模型都有其不足。移植細(xì)胞在受體肝臟中所處位置不同，細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-基質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)也將導(dǎo)致微妙的微環(huán)境差異，從而影響可形成的細(xì)胞表型和潛在的細(xì)胞譜系[2]。

普遍接受的一個(gè)認(rèn)識(shí)是，肝臟的修復(fù)存在多種機(jī)制。Wang等[6]報(bào)道，在酪氨酸血癥小鼠模型，細(xì)胞融合是肝臟修復(fù)的優(yōu)勢(shì)機(jī)制。Michalopoulos等報(bào)道，在特定的生理?xiàng)l件下，成熟肝細(xì)胞具有分化轉(zhuǎn)化為膽管細(xì)胞的能力。此外，新近Schaub等[6]對(duì)卵圓細(xì)胞/干細(xì)胞直接有助于肝臟再生這一長期持有的認(rèn)識(shí)提出挑戰(zhàn)。他們認(rèn)為，目前大量的關(guān)于肝臟卵圓細(xì)胞/干細(xì)胞的認(rèn)識(shí)乃是來自大鼠模型，但這并未在其他物種或人類中得到證實(shí)。盡管如此，有一點(diǎn)是毋庸置疑的，那就是在肝細(xì)胞之外存在一個(gè)特別的細(xì)胞池，能夠在肝損傷后再生為肝實(shí)質(zhì)。而且還可能存在不止一種類型的細(xì)胞具有這種能力。任何特定的肝損傷都將啟用最容易的修復(fù)通路[2]；這一概念與奧卡姆剃刀(Occam’s Razor)原理是高度一致的，該原理認(rèn)為在一系列潛在的解釋中，最簡(jiǎn)單的解釋往往是最為可能的解釋。因此，在嘗試分離和鑒定肝祖細(xì)胞的多個(gè)研究中，其所靶向的是不同的細(xì)胞群；對(duì)這一事實(shí)最簡(jiǎn)單的解釋就是存在多種能夠影響肝臟修復(fù)的細(xì)胞群[2]。

肝臟是體內(nèi)唯一在大塊損傷后具有自我再生能力的器官，其再生的速度和效率是驚人的。自首次描述肝祖細(xì)胞以來的數(shù)十年中，許多研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)了具有這種潛能的特殊細(xì)胞群。Kordes等[1]的這項(xiàng)最新研究清楚地描述了另一種多能性細(xì)胞群(即維甲酸存儲(chǔ)性HSCs)具有轉(zhuǎn)化為肝臟多種類型細(xì)胞的潛能[1，2]。今后研究的重點(diǎn)是闡明這些細(xì)胞的分子調(diào)節(jié)機(jī)制，確定其作為細(xì)胞治療、組織工程和再生藥物的潛在治療價(jià)值[2]。

參考文獻(xiàn)

1Kordes C, Sawitza I, G?tze S, et al. Hepatic stellate cells contribute to progenitor cells and liver regeneration. J Clin Invest, 2014, 124:5503-5515.

2Shupe TD, Petersen BE. Liver regeneration: A consequence of complex, well-orchestrated signals. Hepatology, 2015, 62:644-645.

3Kordes C, Sawitza I, G tze S, et al. Hepatic stellate cells support hematopoiesis and are liver-resident mesenchymal stem cells. Cell Physiol Biochem, 2013, 31:290-304.

4Castilho-Fernandes A, de Almeida DC, Fontes AM, et al. Human hepatic stellate cell line(LX-2) exhibits characteristics of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Exp Mol Pathol, 2011, 91:664-672.

5Kuwahara R, Kofman AV, Landis CS, et al. The hepatic stem cell niche: identification by label-retaining cell assay. Hepatology, 2008, 47: 1994-2002.

6Schaub JR, Malato Y, Gormond C, et al. Evidence against a stem cell origin of new hepatocytes in a common mouse model of chronic liver injury. Cell Rep, 2014, 8: 933-939.

(本文編輯：張苗)

(收稿日期：2016-02-16)