Cell Research | 鄧宏魁研究組與合作者建立體外大規(guī)模制備人功能成熟細(xì)胞的新方法
2019年7月3日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧宏魁研究組和合作者在《Cell Research》上發(fā)表了題為《兩步法策略將成纖維細(xì)胞重編程為功能成熟的人肝臟細(xì)胞》 （A two-step lineage reprogramming strategy to generate functionally competent human hepatocytes from fibroblasts）的研究論文。本項(xiàng)工作通過(guò)模擬體內(nèi)再生過(guò)程，提出了譜系重編程的新策略，建立了在體外大規(guī)模制備人功能成熟細(xì)胞的新方法。
如何在體外制備大量功能性的細(xì)胞一直是干細(xì)胞及再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。通過(guò)在體細(xì)胞中過(guò)表達(dá)目標(biāo)細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，譜系重編程技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同類型細(xì)胞間的命運(yùn)轉(zhuǎn)變。然而，目前的譜系重編程策略仍然存在兩個(gè)明顯缺陷：譜系重編程誘導(dǎo)的細(xì)胞大多功能不成熟；而且譜系重編程無(wú)法大量制備目的細(xì)胞。
為了解決這些問(wèn)題，北京大學(xué)鄧宏魁及時(shí)艷研究組、解放軍總醫(yī)院盧實(shí)春研究組合作建立了一種全新的兩步法譜系重編程策略。該兩步法重編程策略巧妙地借鑒了低等動(dòng)物的再生過(guò)程：受損組織的體細(xì)胞首先去分化產(chǎn)生前體細(xì)胞，然后通過(guò)擴(kuò)增前體細(xì)胞和誘導(dǎo)大量功能細(xì)胞形成，最終實(shí)現(xiàn)受損組織的再生。鄧宏魁研究組通過(guò)過(guò)表達(dá)5個(gè)肝譜系特異轉(zhuǎn)錄因子的組合，首先在體外將人成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)成肝前體樣細(xì)胞，再通過(guò)化學(xué)小分子將肝前體樣細(xì)胞誘導(dǎo)成功能成熟的功能性肝細(xì)胞。通過(guò)兩步法重編程策略獲得的誘導(dǎo)肝細(xì)胞在功能和轉(zhuǎn)錄譜上與人原代肝細(xì)胞相當(dāng)，兩步法重編程的巨大優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了功能細(xì)胞的大規(guī)模制備。第一步誘導(dǎo)的肝前體樣細(xì)胞具有極強(qiáng)的增殖能力，可以在體外穩(wěn)定地?cái)U(kuò)增1027倍以上，并在擴(kuò)增后依然保持向功能性誘導(dǎo)肝細(xì)胞分化的潛能，能夠滿足藥物研發(fā)、抗病毒藥物篩選等應(yīng)用方面對(duì)功能性肝細(xì)胞的巨大需求。
兩步法譜系重編程策略
通過(guò)新方法制備的誘導(dǎo)肝細(xì)胞在藥物研發(fā)方面具有極大的應(yīng)用價(jià)值。藥物代謝和肝毒性測(cè)試是藥物研發(fā)中必不可少的環(huán)節(jié)，鄧宏魁研究組證明誘導(dǎo)肝細(xì)胞具備了完整的藥物代謝網(wǎng)絡(luò)，可以代謝90%以上的上市藥物，并可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和評(píng)估藥物的肝毒性，其功能性超越了傳統(tǒng)重編程策略或干細(xì)胞分化策略所獲得的肝細(xì)胞。
鄧宏魁研究組還進(jìn)一步利用誘導(dǎo)肝細(xì)胞構(gòu)建了乙肝病毒的體外高效感染模型。全球有近3億乙肝病毒攜帶者，我國(guó)約有1.2億人攜帶乙肝病毒,目前仍然沒(méi)有有效的治愈方法，主要原因是缺乏支持乙肝病毒感染的體外功能性肝細(xì)胞模型。近期，鄧宏魁研究組在Science雜志上報(bào)道了通過(guò)化學(xué)小分子調(diào)控的手段實(shí)現(xiàn)了體外人原代肝細(xì)胞的長(zhǎng)期功能維持，并基于這一技術(shù)在體外首次建立了乙肝病毒長(zhǎng)期感染人肝細(xì)胞的模型。本研究中大量制備的誘導(dǎo)肝細(xì)胞可以在相同小分子條件下支持完整的病毒復(fù)制周期，對(duì)于乙肝病毒的深入研究與藥物研發(fā)具有重要意義。
鄧宏魁研究組長(zhǎng)期致力于體外制備功能成熟細(xì)胞的研究和應(yīng)用，是國(guó)際上最早開(kāi)展多能干細(xì)胞定向分化誘導(dǎo)功能細(xì)胞的研究組之一。在肝細(xì)胞制備方面，研究組在2007年就首次建立了多能干細(xì)胞定向分化為肝細(xì)胞的方法，在2014年建立了譜系重編程制備人肝細(xì)胞的方法。本研究建立的兩步法重編程策略不僅極大地提升了體外制備細(xì)胞的功能，還為解決功能細(xì)胞體外大量制備的難題提供新的解決方法。這一新策略有望應(yīng)用于體外大量制備其他類型的功能成熟細(xì)胞。
北京大學(xué)鄧宏魁教授，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部時(shí)艷副教授及解放軍總醫(yī)院盧實(shí)春教授為該論文的共同通訊作者，謝冰清博士、孫達(dá)博士以及杜媛媛博士為該論文的共同第一作者。本工作獲得了北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等基金的大力支持。
[原文鏈接]：https://www.nature.com/articles/s41422-019-0196-x
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