Science | 鄧宏魁研究組與合作者報(bào)道功能成熟細(xì)胞在體外長(zhǎng)期維持的新方法
2019年4月26日，北京大學(xué)鄧宏魁研究組、解放軍總醫(yī)院盧實(shí)春研究組以及復(fù)旦大學(xué)袁正宏研究組合作在《科學(xué)》（Science）雜志發(fā)表了題為《原代人肝臟細(xì)胞在體外的長(zhǎng)期功能性維持》（Long-term functional maintenance of primary human hepatocytes in vitro）的研究論文，首次證明利用化學(xué)小分子調(diào)控細(xì)胞信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)了功能細(xì)胞在體外的長(zhǎng)期維持，這為大量制備功能成熟細(xì)胞及其應(yīng)用提供了可能。
如何誘導(dǎo)獲得功能成熟的細(xì)胞并在體外保持其功能性是再生醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵瓶頸。鄧宏魁研究組與盧實(shí)春研究組長(zhǎng)期合作，致力于在體外獲得大量的功能性細(xì)胞。在個(gè)體發(fā)育過程中，多種發(fā)育信號(hào)的精確調(diào)控，分化產(chǎn)生功能各異的細(xì)胞并長(zhǎng)期穩(wěn)定地維持其生理功能。然而，這些功能細(xì)胞一旦離開體內(nèi)微環(huán)境便會(huì)迅速去分化并失去功能。此外,由于缺乏適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件與微環(huán)境，體外源于干細(xì)胞誘導(dǎo)分化所獲得的功能細(xì)胞，很難真正成熟并長(zhǎng)期維持其功能，是再生醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用中長(zhǎng)期面臨的挑戰(zhàn)。在過去的幾十年里，人們嘗試了改變培養(yǎng)材料，共培養(yǎng)以及三維培養(yǎng)等很多方法，但始終未能建立一個(gè)簡(jiǎn)單高效，穩(wěn)定的功能細(xì)胞體外培養(yǎng)體系。為解決這一問題，鄧宏魁研究組以體外培養(yǎng)過程中快速失去功能的人原代肝細(xì)胞為研究對(duì)象，篩選到5種化學(xué)小分子的組合（5 compounds，5C）并利用它們?cè)隗w外成功實(shí)現(xiàn)了肝細(xì)胞功能的長(zhǎng)期維持。在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月以上的培養(yǎng)過程中，5C組合抑制了肝細(xì)胞的去分化，細(xì)胞整體基因表達(dá)譜與體內(nèi)的肝細(xì)胞高度相似，并長(zhǎng)期維持了白蛋白分泌、尿素合成、藥物代謝等肝細(xì)胞的功能。
肝細(xì)胞在體外藥物代謝及藥物研發(fā)方面具有重要的實(shí)用價(jià)值，然而長(zhǎng)期以來功能維持條件的缺失極大限制了肝細(xì)胞的應(yīng)用。在鄧宏魁研究組新建立的5C培養(yǎng)體系中,體外培養(yǎng)的肝細(xì)胞能合成與體內(nèi)水平相似的藥物代謝酶，并具有長(zhǎng)期維持藥物代謝能力，極大拓展了其在藥物代謝、藥物相互作用和藥物毒性方面的應(yīng)用。與此同時(shí)，鄧宏魁研究組與袁正宏研究組合作，基于5C培養(yǎng)條件，成功建立了乙型肝炎病毒感染模型：持續(xù)高水平表達(dá)乙肝表面抗原、e抗原、合成乙肝病毒DNA等感染指標(biāo)，尤其是能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定產(chǎn)生乙肝病毒復(fù)制必需的cccDNA。這一模型的建立，對(duì)于乙肝病毒的深入研究與藥物研發(fā)具有重要意義。我國(guó)約有1.2億人攜帶乙肝病毒,目前仍然沒有有效的治愈方法。因?yàn)橐腋尾《厩秩敫渭?xì)胞后,形成了一種很難被清除的病毒復(fù)制模板cccDNA,目前還沒有針對(duì)這個(gè)病毒復(fù)制關(guān)鍵靶點(diǎn)的藥物。相形之下，丙型肝炎病毒的發(fā)現(xiàn)雖然晚于乙肝病毒，但基于有效的體外病毒感染模型，已成功篩選并獲得治愈丙肝的藥物。5C培養(yǎng)條件下的肝細(xì)胞支持乙肝病毒的高效感染，并能夠長(zhǎng)期產(chǎn)生cccDNA，可作為理想的藥物篩選模型,為治愈乙型肝炎帶來希望。
[圖注]：人原代肝細(xì)胞在5個(gè)化學(xué)小分子的協(xié)同作用下，能夠在體外長(zhǎng)期維持功能。這些長(zhǎng)期維持功能的人肝細(xì)胞在藥物研發(fā)方面有廣泛的應(yīng)用價(jià)值；另一方面，它們可以支持乙肝病毒（HBV）完整的病毒復(fù)制周期，包括持續(xù)的產(chǎn)生共價(jià)閉合環(huán)狀DNA（cccDNA），這為抗乙肝病毒藥物提供了一個(gè)理想的高通量篩選模型。
相比于傳統(tǒng)遺傳學(xué)方法,化學(xué)小分子能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)信號(hào)通路靶點(diǎn)的精細(xì)調(diào)控。在過去幾年,鄧宏魁研究組在化學(xué)小分子調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)方面取得了一系列突破性進(jìn)展：誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程為多潛能干細(xì)胞(CiPS細(xì)胞）；誘導(dǎo)皮膚成纖維細(xì)胞為功能神經(jīng)元細(xì)胞(CiN）；建立了具備全能性功能特征的多潛能干細(xì)胞(EPS細(xì)胞)。在本研究中，鄧宏魁研究組利用化學(xué)小分子實(shí)現(xiàn)了體外肝細(xì)胞功能的長(zhǎng)期維持。這些工作表明了化學(xué)小分子在精細(xì)調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)和功能上的優(yōu)越性，這一方法也為其他類型細(xì)胞體外功能的長(zhǎng)期維持提供了新的途徑。
北京大學(xué)鄧宏魁教授，解放軍總醫(yī)院盧實(shí)春教授以及復(fù)旦大學(xué)袁正宏教授為該論文的共同通訊作者，向晨罡博士、杜媛媛博士以及孟高帆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://science.sciencemag.org/content/364/6438/399
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