干细胞系列小知识(XXIII)- 大数跨境

一米生物

2024-01-08

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干细胞分化肝细胞

肝脏是人体在数量和功能多样性方面最复杂的器官之一。肝脏连接消化系统，具有消化食物，防御身体和消除有毒物质等功能。肝病是一个重要的临床问题，影响着全球超过6亿人，是全球第16大死亡原因。在众多肝脏重大疾病中，肝移植无非是疗效最好方法之一，但是肝移植的主要问题是供体的短缺。因此，以人胚胎干细胞(hES)细胞诱导多能干细胞(iPS)细胞来源的肝细胞样细胞(hepatocyte-like cells, HLCs)为基础的细胞治疗开始了广泛的研究。

2019年世界甲肝患病率^[1]

干细胞分化肝细胞

小鼠ESCs诱导分化为HLCs

2001年，Hamazaki等人^[2]经拟胚体(EBs)细胞因子分阶段诱导法连续诱导小鼠ESCs，结果示肝细胞成熟标记物白蛋白(ALB)、葡萄糖-6-磷酸酶和酪氨酸氨基移换酶表达增加，提示该方法可成功诱导小鼠ESCs以获得HLCs。Heo等人^[3]将白蛋白启动子导入小鼠ESCs，使其表达绿色荧光蛋白，可有利于后续HLCs的分选、纯化和移植；Nishiofuku等^[4]将小鼠ESCs和EBs与大鼠肝星状细胞共培养，结果发现肝星状细胞可促进EBS诱导分化为HLCs。

肝细胞共培养分化方法^[4]

hESCs诱导分化为HLCs

目前已建立多种hESCs诱导分化为HLCs的方法，分化过程大致分为早期诱导，中期诱导与晚期促成熟三个阶段。

基于David C Hay和J M Rossi等人^[5，6]发现的细胞因子与小分子物质在胚胎干细胞分化肝细胞中的作用，Thomas Touboul等人^[7]报告了一种将hESCs分化为功能性肝细胞的新方法，该方法概括了肝脏发育的基本阶段。hESCs首先通过激活素、成纤维细胞生长因子2、骨形态发生蛋白4以及磷酸肌肽3激酶抑制作用分化为内胚层细胞的同质群体。然后使用成纤维细胞生长因子10、视黄酸和激活素受体抑制剂诱导内胚层细胞进一步分化为肝祖细胞。进一步成熟，分化得到的细胞表达成熟肝细胞的标志物。此外，还表现出完整的肝细胞功能。

分化所得肝祖细胞免疫荧光染色^[7]

iPSCs诱导分化为HLCs

Iwamuro等^[8]以高浓度激活素A、bFGF和HGF分阶段成功诱导小鼠iPSCs获得HLCs。2009年Song等人^[9]首次将人类iPS细胞被逐步诱导分化为肝细胞。监测人iPS细胞来源细胞的肝细胞标志物表达和肝脏相关功能，并与分化的人胚胎干细胞和原代人肝细胞进行比较。发现iPS细胞衍生的肝细胞的肝脏标志物表达和肝脏相关功能与人胚胎干细胞衍生的肝细胞相当。表明与人类胚胎干细胞相似的人类iPS细胞可以被有效地诱导分化为肝细胞样细胞。

hES和iPS分化肝细胞示意图及显微镜拍摄图^[9]

迄今，各因子分阶段组合可实现ESCs和iPSCs诱导分化为HLCs，但诱导获得的HLCs是否具有功能、能否用于临床细胞移植仍待研究。此外，诱导获得的HLCs在培养过程中如何保持增殖潜力和表型，移植细胞体内能否长期存活等问题尚需进一步研究予以解答。

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参考文献

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[1] Cao G, Jing W, et al. The global trends and regional differences in incidence and mortality of hepatitis A from 1990 to 2019 and implications for its prevention. Hepatol Int. 2021 Oct;15(5):1068-1082. doi: 10.1007/s12072-021-10232-4.

[2] Hamazaki T, Iiboshi Y, et al. Hepatic maturation in differentiating embryonic stem cells in vitro. FEBS Lett. 2001 May 18;497(1):15-9. doi: 10.1016/s0014-5793(01)02423-1.

[3] Heo J, Factor VM, Thorgeirsson SS. Rebuilding the liver with adult hepatic and embryonic stem cells. Int Congr Ser, 2007, 1302: 124-130.

[4] Nishiofuku M, Yoshikawa M, et al. Modulated differentiation of embryonic stem cells into hepatocyte-like cells by coculture with hepatic stellate cells. J Biosci Bioeng. 2011 Jan;111(1):71-7. doi: 10.1016/j.jbiosc.2010.08.005.

[5] Hay DC, Fletcher J, et al. Highly efficient differentiation of hESCs to functional hepatic endoderm requires ActivinA and Wnt3a signaling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Aug 26;105(34):12301-6. doi: 10.1073/pnas.0806522105.

[6] Rossi JM, Dunn NR, et al. Distinct mesodermal signals, including BMPs from the septum transversum mesenchyme, are required in combination for hepatogenesis from the endoderm. Genes Dev. 2001 Aug 1;15(15):1998-2009. doi: 10.1101/gad.904601.

[7] Touboul T, Hannan NR, et al. Generation of functional hepatocytes from human embryonic stem cells under chemically defined conditions that recapitulate liver development. Hepatology. 2010 May;51(5):1754-65. doi: 10.1002/hep.23506. Erratum in: Hepatology. 2010 Jul;52(1):402.

[8] Iwamuro M, Komaki T, et al. Hepatic differentiation of mouse iPS cells in vitro. Cell Transplant. 2010;19(6):841-7. doi: 10.3727/096368910X508960.

[9] Song Z, Cai J, et al. Efficient generation of hepatocyte-like cells from human induced pluripotent stem cells. Cell Res. 2009 Nov;19(11):1233-42. doi: 10.1038/cr.2009.107

公司简介

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