肝臟再生是受復雜有序信號調控的結果
——從發現肝星狀細胞可促進肝臟再生談起

于樂成

210002　南京　解放軍第八一醫院全軍肝病中心

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肝臟再生是受復雜有序信號調控的結果
——從發現肝星狀細胞可促進肝臟再生談起

于樂成

210002南京解放軍第八一醫院全軍肝病中心

2014年12月Kordes等[1]在《臨床研究雜志》上發表了題為《肝星狀細胞促進祖細胞和肝臟再生》的研究報告。他們采用維甲酸依賴性熒光激活性細胞分類法，從能夠表達綠色熒光蛋白(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)存在的條件下進行部分肝切除，這兩種模型均支持以干細胞為基礎的肝臟修復。結果顯示：(1)移植的HSCs可形成間充質組織、祖細胞、肝細胞和膽管細胞，從而促進宿主動物的肝臟再生；(2)移植的HSCs也能使得膽紅素代謝功能缺陷的GUNN大鼠恢復代謝膽紅素能力；(3)將HSCs移植到宿主動物的骨髓，可以從骨髓中分離到HSC衍生的細胞，并可將其再次成功移植到新的宿主動物的受損肝臟中；(4)培養的HSCs在分化為具有膽酸合成和運輸功能的肝細胞的過程中，可短暫呈現類似于祖細胞的特點。這些結果表明HSCs具有多潛能活性，代表了一種肝祖細胞的新來源，可以充當具有肝膽細胞等特性的祖細胞(progenitor cells)群，促進肝臟再生[1]。鑒于這項研究的新穎設計和重大發現，2015年8月Shupe和Petersen[2]在《肝臟》雜志上就此發表了專門評論。

HSCs的一大特點是在靜息狀態時含有大量維甲酸，因此被稱為維甲酸存儲性HSCs。以往認為HSCs的主要功能是在慢性肝病時產生膠原纖維和導致肝纖維化，但對其在正常肝臟中的角色和功能知之甚少[1]。近年發現HSCs具有間充質干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)的多種分子和遺傳學特征，能分化成脂細胞和骨細胞，對髓外血細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皮細胞，這與MSCs在其他器官中的定居位置相似。靜息HSCs定居于肝竇內皮細胞和肝細胞之間的Disse間隙，而Disse間隙是適合干細胞生存的典型環境。因此，種種證據提示，HSCs是一種肝臟固有的MSCs，但在Kordes等[1]的這項研究發布以前，長期以來并不清楚HSCs是否能夠充當具有肝膽分化特性的祖細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胞的特征以來，有關肝祖細胞的研究試圖基于離散型標志物組對這一細胞群進行定義，這很類似于對造血干細胞的相關研究。肝臟再生是一個非常復雜的過程，有賴各種協調良好的信號對受損肝組織的再增殖和再改造進行調控。其中最重要的部分就是，肝細胞再生能夠有效恢復因肝損傷而喪失的任何體積的肝實質。然而，在慢性肝損傷和某些特定的肝病，成熟的肝細胞并不能影響肝臟修復。在這些情況下，兼性肝干細胞(facultative liver stem cells)被募集以增強再生應答。過去40年來曾采用多種策略分離這些肝祖細胞，包括密度梯度離心、基于膜抗原表達的細胞分類法以及通過細胞淘洗去除不需要的細胞等，但對于究竟應該采用哪種策略分離肝祖細胞并未達成共識。有兩個重要因素使得接受某種單一的肝祖細胞分離技術變得復雜。其一是肝祖細胞群代表了一種細胞分化狀態譜，這為研發統一的肝祖細胞分離策略帶來了巨大挑戰。其二，現已清楚不同的損傷類型可激活不同的祖細胞群。這就為偏好不同實驗性肝損傷模型的不同研究小組帶來了分歧。

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

在Kordes等[1]最新發表的這項研究報告中，通過一系列實驗證明分離而得的維甲酸存儲性HSCs在肝內能分化成多種類型的細胞。該項研究設計巧妙，結論明確[1，2]。維甲酸存儲性HSCs能夠促進肝再生，產生多種功能性細胞譜系。當然，這些數據同樣也將面臨其他類似的細胞移植研究所遭受的質疑，亦即細胞融合、分化轉化(transdifferentiation)以及間質-上皮轉換等所導致的數據的潛在混雜性[2]。應當指出的是，在Kordes等的這項最新研究中，移植的細胞群并未得到精細的特征分析。考慮到以往描述的肝祖細胞群和HSCs之間親近的空間關系，因此至關重要的是需要排除這兩種細胞同時被篩選出來的可能性。另一令人感興趣的問題是移植細胞群的生長動力學特點；通過量化測定移植的維甲酸存儲性HSCs的百分率，這個問題的解決并不復雜。鑒于其他小組研究顯示肝損傷模型的種類可影響細胞移植的效率，這也提示進一步研究移植細胞群的生長動力學特別切合需要。還有一點非常重要的是，應當認識到任何一種細胞移植模型都有其不足。移植細胞在受體肝臟中所處位置不同，細胞-細胞、細胞-基質之間的關聯也將導致微妙的微環境差異，從而影響可形成的細胞表型和潛在的細胞譜系[2]。

普遍接受的一個認識是，肝臟的修復存在多種機制。Wang等[6]報道，在酪氨酸血癥小鼠模型，細胞融合是肝臟修復的優勢機制。Michalopoulos等報道，在特定的生理條件下，成熟肝細胞具有分化轉化為膽管細胞的能力。此外，新近Schaub等[6]對卵圓細胞/干細胞直接有助于肝臟再生這一長期持有的認識提出挑戰。他們認為，目前大量的關于肝臟卵圓細胞/干細胞的認識乃是來自大鼠模型，但這并未在其他物種或人類中得到證實。盡管如此，有一點是毋庸置疑的，那就是在肝細胞之外存在一個特別的細胞池，能夠在肝損傷后再生為肝實質。而且還可能存在不止一種類型的細胞具有這種能力。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，該原理認為在一系列潛在的解釋中，最簡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胞的多個研究中，其所靶向的是不同的細胞群；對這一事實最簡單的解釋就是存在多種能夠影響肝臟修復的細胞群[2]。

肝臟是體內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。自首次描述肝祖細胞以來的數十年中，許多研究報道發現了具有這種潛能的特殊細胞群。Kordes等[1]的這項最新研究清楚地描述了另一種多能性細胞群(即維甲酸存儲性HSCs)具有轉化為肝臟多種類型細胞的潛能[1，2]。今后研究的重點是闡明這些細胞的分子調節機制，確定其作為細胞治療、組織工程和再生藥物的潛在治療價值[2]。

參考文獻

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)