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來源：細胞世界
肝移植是治療急性肝衰竭、終末期肝病、原發(fā)性肝癌和某些遺傳性肝臟疾病唯一有效的方法，但相對于實際需求，肝臟的供給存在很大缺口。因此，許多患者和家屬不得不苦苦等待肝源，十分煎熬。
作為器官移植的替代方法，肝細胞移植備受關注。肝細胞移植已經(jīng)取得了一些顯著的成效，但另一方面，人們在肝細胞移植時通常使用的原代人肝細胞（primary human hepatocytes，PHHs）數(shù)量少且難以進行體外擴增。于是研究人員將目光投向了人多能干細胞(human pluripotent stem cells，hPSCs)——它可以無限擴增并分化為包括肝細胞在內(nèi)的任何類型細胞。
接下來，我們就來看看人多能干細胞向
肝細胞分化的臨床應用前景如何。
01 疾病建模
從患者活檢組織中獲得的hiPSCs可以在體外分化為肝細胞，我們將其稱為多能干細胞來源的肝樣細胞（PSC-derived hepatocyte-like cells，PSC-HLCs），它可以用于一些遺傳病的體外建模，例如科學家們通過使用hiPSC-HLCs建立類器官成功模擬了遺傳病如α-1抗胰蛋白酶缺乏癥和囊性纖維化等[1]。除單基因突變疾病外，iPSC-HLCs類器官與游離脂肪酸的聯(lián)合處理還可以模擬非酒精性脂肪性肝病的脂質(zhì)堆積和纖維化過程。
02 毒理學研究
HLCs可以保留一些供體細胞的特征表型，對罕見的表型進行可重復建模，它還兼具PHH的代謝能力以及癌細胞系的增殖能力和重復性，因此使用HLCs作為體外肝臟模型進行毒理學研究具有良好的應用前景。值得注意的是，在體內(nèi)觀察到的毒性反應是由不同細胞類型之間復雜的相互作用介導的，使用單一肝細胞培養(yǎng)物模擬藥物誘導的肝毒性作用有限，將HLCs與支持細胞共培養(yǎng)可以在一定程度上延長其肝功能的維持。
03 藥物篩選
藥物篩選，即用于研發(fā)可以選擇性地與基因和基因產(chǎn)物相互作用的藥物，或者可以干擾特定分子機制的藥物，以便將這些藥物用于人類臨床試驗。藥代動力學和藥效動力學知識的運用在藥物篩選中至關重要。在使用2D模型篩選的過程中，塑料吸附等現(xiàn)象可能會影響劑量和藥物效應的關系。相比較而言，三維球體、類器官和器官芯片更適合用于研究藥物的藥代動力學曲線。
04 生物人工肝
生物人工肝的原理是將患者血漿通過體外循環(huán)與生物反應器中的人肝細胞進行物質(zhì)交換，短時間替代肝臟工作，并促進受損肝臟再生修復，由此幫助部分肝衰竭患者恢復肝功能。生物人工肝需要大量的肝細胞來維持患者的血液透析和肝臟功能，PSC-HLCs可以作為其中的生物成分使用，但它們的長期生存能力低、生產(chǎn)成本高，這些因素都阻礙了其快速應用。
05 組織工程
由于健康供體組織的數(shù)量有限以及組織排斥反應存在的風險，再生醫(yī)學的應用受到了一定程度的限制，使用同基因或人類白細胞抗原相容的hiPSC-HLCs則可以克服這一障礙。一種方法是將hiPSCs接種到脫細胞的人肝細胞外基質(zhì)支架上進行分化，與標準分化條件相比，使用肝臟脫細胞支架會導致肝功能標志物上調(diào)，一些轉(zhuǎn)錄因子和核因子的表達水平與成人PHH相當[2]；另一種方法是使用PSC衍生的類器官[3]。然而對于類器官移植而言，如何在冷凍保存后，仍然能制備可擴增的、重復性高且穩(wěn)定的類器官模型是最后的關鍵挑戰(zhàn)。最近的一項研究報道稱，hESC來源的類器官可以擴增20代，并且能穩(wěn)定地保持雙潛能前體細胞的表型特征[4]。在小鼠體內(nèi)移植后，它們可以分化為有功能的肝細胞或膽管上皮細胞，并展現(xiàn)出顯著的再殖能力。
圖1 通過模擬胚胎肝臟發(fā)育，誘導hESCs逐步分化為肝細胞
此外，有研究者把hiPSCs來源的細胞組成的肝芽異位移植到免疫缺陷的小鼠身上，發(fā)現(xiàn)肝芽可以快速地與小鼠的血管連接并且在10天之后開始正常運作，移植到小鼠體內(nèi)的肝芽在代謝方面與成人肝臟具有相似性。研究人員將肝芽移植到ALF小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，ALF小鼠存活率提高，這表明移植到體內(nèi)的肝芽具有肝臟自我修復能力，可作為橋梁發(fā)揮治療作用。
可以想見，隨著人多能干細胞向肝細胞分化的應用研究繼續(xù)走向深入，它還將給人們帶來更多的突破和希望。
圖2 hPSC分化為肝細胞的應用
參考文獻：
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5. Takebe, T., et al., Massive and Reproducible Production of Liver Buds Entirely from Human Pluripotent Stem Cells. Cell Rep, 2017. 21(10): p. 2661-2670.
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