肝脏再生新见解！中科院周斌等团队合作发现胆道上皮细胞转分化的秘密

3月13日，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所/中国科学院分子细胞科学创新中心周斌团队与合作者在《自然》子刊Nature Genetics 发表了题为 “Bipotent transitional liver progenitor cells contribute to liver regeneration” 的研究论文；此研究发现了一种过渡性肝前体细胞(TLPC)，它们起源于胆道上皮细胞(BECs)，在严重肝损伤再生过程中分化为肝细胞。此研究为转分化辅助的（transdifferentiation-assisted）肝脏再生提供了功能和机制方面的见解。

研究背景

肝脏通过其两个上皮细胞区室来执行代谢、内分泌及分泌等关键功能。肝细胞代谢营养物质和异源物质，产生并回收蛋白质，并产生胆汁酸。胆道上皮细胞(BECs)构成胆管网络，负责收集、运输胆汁到肠道，进而支持代谢物排泄和消化。在稳态细胞周转期间或损伤反应期间，维持功能性肝细胞池对于保证肝功能至关重要。

先前的遗传谱系追踪研究表明，肝细胞库主要通过预先存在的肝细胞的自我更新来补充，而不是在体内平衡和损伤条件下从肝干细胞/祖细胞分化而维护肝细胞的增殖。BEC还能够在称为导管反应的再生过程中增殖并产生辅助胆管。然而，当小鼠肝细胞衰老、肝细胞介导的肝脏再生在小鼠中受损时，BEC可以作为兼性肝祖细胞（LPC），进一步转分化为具有功能复制能力的肝细胞。在斑马鱼中，肝脏BEC或LPC在肝细胞严重丢失后转化为肝细胞——为了实现有效的肝脏再生，此过程受到遗传和表观遗传调控因子的紧密调节。

鉴于广泛的肝细胞衰老蛋白数据Banence和慢性肝病和肝硬化患者的肝再生受损，BEC到肝细胞转分化可能是人类重要的修复机制。因此，促进这种转分化的疗法可以开辟一种新的治疗途径，以解决这一目前高度未被满足的医疗需求。但是，在这个重要的再生过程中，促进BEC到肝细胞转分化的细胞特性以及相关的分子机制依然尚不明确。

该研究创建了一个Fah基因缺失的小鼠模型。Fah基因缺失导致了肝细胞在肝再生过程中的衰老，以此来模拟由Fah缺乏引起的人类遗传性酪氨酸血症I型，并诱导BEC到肝细胞转分化。将单细胞RNA测序（scRNA-seq）与双重组酶介导的谱系追踪和途径调节相结合，研究者鉴定了具有LPC潜力的BEC亚群，以及逐步BEC逐步向肝细胞转分化的机制。

Bipotent TLPCs contribute to liver regeneration

研究意义

虽然已经确定肝细胞可以重新进入细胞周期以增殖并恢复功能性肝细胞池以应对各种损伤，但兼性LPC对这一过程的贡献一直存在争议。在肝细胞介导的再生受损的情况下发BEC到肝细胞转分化，为肝脏再生提供了一个重要的新概念。不幸的是，具有这种兼性LPC潜力的BEC的细胞身份以及使其转分化的分子机制尚不清楚。

我们现在确定了静态TLPC，其特征在于混合的BEC /肝细胞基因表达特征，并且代表位于BEC和肝细胞之间的过渡LPC状态。是否所有BEC或其中一部分都有潜力成为TLPC，目前尚不清楚。有必要对大鼠进行额外的谱系追踪和分析研究。使用双重遗传谱系追踪来特异性标记HNF4αCK19 TLPC，此研究证明，在肝细胞再生受损的情况下，这些是新生成的肝细胞的来源。

值得注意的是，BEC到肝细胞转分化后受伤小鼠的生存期延长，以及Notch抑制剂DBZ和WNT/β-连环蛋白途径激动剂RSPO1在增强转分化方面的潜力，表明了治疗利用这种再生机制的可能性。然而，肝脏中的缺口阻滞可能会损害胆道系统和RSPO1治疗代谢分区受损，表明需要更有针对性的治疗才能使肝病患者受益。总之，此研究的数据为转分化介导的肝脏再生提供了细胞身份和机制线索，为利用这一基本再生过程的潜在治疗概念奠定了合理的基础。