肝脏再生是受复杂有序信号调控的结果——从发现肝星状细胞可促进肝脏再生谈起

于乐成

210002　南京　解放军第八一医院全军肝病中心



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肝脏再生是受复杂有序信号调控的结果
——从发现肝星状细胞可促进肝脏再生谈起

于乐成

210002南京解放军第八一医院全军肝病中心

2014年12月Kordes等[1]在《临床研究杂志》上发表了题为《肝星状细胞促进祖细胞和肝脏再生》的研究报告。他们采用维甲酸依赖性荧光激活性细胞分类法，从能够表达绿色荧光蛋白(green fluorescent protein，GFP)的大鼠中分离和纯化这些维甲酸存储性(hepatic stellate cells，HSCs)，然后将GFP+ HSCs移植至野生型(wild-type，WT)大鼠肝损伤模型中。WT大鼠肝损伤模型的制作方法是在2-乙酰氨基芴(2-acetylaminofluorene，2AAF)或惹卓碱(retrorsine)存在的条件下进行部分肝切除，这两种模型均支持以干细胞为基础的肝脏修复。结果显示：(1)移植的HSCs可形成间充质组织、祖细胞、肝细胞和胆管细胞，从而促进宿主动物的肝脏再生；(2)移植的HSCs也能使得胆红素代谢功能缺陷的GUNN大鼠恢复代谢胆红素能力；(3)将HSCs移植到宿主动物的骨髓，可以从骨髓中分离到HSC衍生的细胞，并可将其再次成功移植到新的宿主动物的受损肝脏中；(4)培养的HSCs在分化为具有胆酸合成和运输功能的肝细胞的过程中，可短暂呈现类似于祖细胞的特点。这些结果表明HSCs具有多潜能活性，代表了一种肝祖细胞的新来源，可以充当具有肝胆细胞等特性的祖细胞(progenitor cells)群，促进肝脏再生[1]。鉴于这项研究的新颖设计和重大发现，2015年8月Shupe和Petersen[2]在《肝脏》杂志上就此发表了专门评论。

HSCs的一大特点是在静息状态时含有大量维甲酸，因此被称为维甲酸存储性HSCs。以往认为HSCs的主要功能是在慢性肝病时产生胶原纤维和导致肝纤维化，但对其在正常肝脏中的角色和功能知之甚少[1]。近年发现HSCs具有间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)的多种分子和遗传学特征，能分化成脂细胞和骨细胞，对髓外血细胞的生成也有支持作用[3,4]。HSCs在肝脏定居的位置靠近肝窦内皮细胞，这与MSCs在其他器官中的定居位置相似。静息HSCs定居于肝窦内皮细胞和肝细胞之间的Disse间隙，而Disse间隙是适合干细胞生存的典型环境。因此，种种证据提示，HSCs是一种肝脏固有的MSCs，但在Kordes等[1]的这项研究发布以前，长期以来并不清楚HSCs是否能够充当具有肝胆分化特性的祖细胞群并有利于肝脏再生[2]。

自从1950年代Farber等首次描述肝脏卵圆细胞的特征以来，有关肝祖细胞的研究试图基于离散型标志物组对这一细胞群进行定义，这很类似于对造血干细胞的相关研究。肝脏再生是一个非常复杂的过程，有赖各种协调良好的信号对受损肝组织的再增殖和再改造进行调控。其中最重要的部分就是，肝细胞再生能够有效恢复因肝损伤而丧失的任何体积的肝实质。然而，在慢性肝损伤和某些特定的肝病，成熟的肝细胞并不能影响肝脏修复。在这些情况下，兼性肝干细胞(facultative liver stem cells)被募集以增强再生应答。过去40年来曾采用多种策略分离这些肝祖细胞，包括密度梯度离心、基于膜抗原表达的细胞分类法以及通过细胞淘洗去除不需要的细胞等，但对于究竟应该采用哪种策略分离肝祖细胞并未达成共识。有两个重要因素使得接受某种单一的肝祖细胞分离技术变得复杂。其一是肝祖细胞群代表了一种细胞分化状态谱，这为研发统一的肝祖细胞分离策略带来了巨大挑战。其二，现已清楚不同的损伤类型可激活不同的祖细胞群。这就为偏好不同实验性肝损伤模型的不同研究小组带来了分歧。

Kuwahara等[5]曾于2008年描述了对应于不同特异性肝损伤、含有不均质性细胞的四种不同微观解剖学分区。 第一种分区位于肝细胞胆小管(hepatocyte bile canaliculi)和终末胆小管(canals of Hering)近端的连接部位；第二种分区位于小叶内胆管内；第三种分区在胆管周围，以一种并不表达典型干细胞标志物的细胞为代表，符合这一描述的细胞是Petersen等在1998年以能够诱导门管区坏死的试剂(特别是丙烯醇)处理后发现的；第四种是肝细胞样祖细胞(hepatocyte-like progenitor cells，HSPC)分区，位于肝实质内，含有一种类似于小的过渡期肝细胞的细胞。Grisham等报道，在惹卓碱/PHx肝损伤模型中似有这种细胞群的诱导增殖。

在Kordes等[1]最新发表的这项研究报告中，通过一系列实验证明分离而得的维甲酸存储性HSCs在肝内能分化成多种类型的细胞。该项研究设计巧妙，结论明确[1，2]。维甲酸存储性HSCs能够促进肝再生，产生多种功能性细胞谱系。当然，这些数据同样也将面临其他类似的细胞移植研究所遭受的质疑，亦即细胞融合、分化转化(transdifferentiation)以及间质-上皮转换等所导致的数据的潜在混杂性[2]。应当指出的是，在Kordes等的这项最新研究中，移植的细胞群并未得到精细的特征分析。考虑到以往描述的肝祖细胞群和HSCs之间亲近的空间关系，因此至关重要的是需要排除这两种细胞同时被筛选出来的可能性。另一令人感兴趣的问题是移植细胞群的生长动力学特点；通过量化测定移植的维甲酸存储性HSCs的百分率，这个问题的解决并不复杂。鉴于其他小组研究显示肝损伤模型的种类可影响细胞移植的效率，这也提示进一步研究移植细胞群的生长动力学特别切合需要。还有一点非常重要的是，应当认识到任何一种细胞移植模型都有其不足。移植细胞在受体肝脏中所处位置不同，细胞-细胞、细胞-基质之间的关联也将导致微妙的微环境差异，从而影响可形成的细胞表型和潜在的细胞谱系[2]。

普遍接受的一个认识是，肝脏的修复存在多种机制。Wang等[6]报道，在酪氨酸血症小鼠模型，细胞融合是肝脏修复的优势机制。Michalopoulos等报道，在特定的生理条件下，成熟肝细胞具有分化转化为胆管细胞的能力。此外，新近Schaub等[6]对卵圆细胞/干细胞直接有助于肝脏再生这一长期持有的认识提出挑战。他们认为，目前大量的关于肝脏卵圆细胞/干细胞的认识乃是来自大鼠模型，但这并未在其他物种或人类中得到证实。尽管如此，有一点是毋庸置疑的，那就是在肝细胞之外存在一个特别的细胞池，能够在肝损伤后再生为肝实质。而且还可能存在不止一种类型的细胞具有这种能力。任何特定的肝损伤都将启用最容易的修复通路[2]；这一概念与奥卡姆剃刀(Occam’s Razor)原理是高度一致的，该原理认为在一系列潜在的解释中，最简单的解释往往是最为可能的解释。因此，在尝试分离和鉴定肝祖细胞的多个研究中，其所靶向的是不同的细胞群；对这一事实最简单的解释就是存在多种能够影响肝脏修复的细胞群[2]。

肝脏是体内唯一在大块损伤后具有自我再生能力的器官，其再生的速度和效率是惊人的。自首次描述肝祖细胞以来的数十年中，许多研究报道发现了具有这种潜能的特殊细胞群。Kordes等[1]的这项最新研究清楚地描述了另一种多能性细胞群(即维甲酸存储性HSCs)具有转化为肝脏多种类型细胞的潜能[1，2]。今后研究的重点是阐明这些细胞的分子调节机制，确定其作为细胞治疗、组织工程和再生药物的潜在治疗价值[2]。

参考文献

1Kordes C, Sawitza I, Götze 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.

(本文编辑：张苗)

(收稿日期：2016-02-16)