上海科學家揭示炎癥信號促進肝臟再生機制

??2月13日，國際學術期刊CellStemCell在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）惠利健研究組與中國科學院上海營養與健康研究所李虹研究組和李亦學研究組合作的研究文章：“kupffer cell-derived il-6 is repurposed for hepatocyte dedifferentiation via activating progenitor genes from injury-specific enhancers”。這項機制研究揭示肝臟損傷下，駐留Kupffer細胞分泌的炎癥信號IL-6誘導了肝細胞的去分化并表達前體基因。信號轉導機制上，IL-6是損傷特異的信號，該信號通過肝細胞表達的受體IL6R/gp130能直接激活肝細胞STAT3信號通路誘導肝細胞去分化。轉錄調控機制上，STAT3作為轉錄因子能結合在損傷特異的增強子上，促進了肝前體基因的表達。由于IL6/STAT3在胚胎發育中不表達，而且重編程相關基因活化位點與發育過程完全不同，表明這是損傷特異而非發育相關的轉錄調控機制。

??組織再生過程中新生細胞的來源主要分為兩種，一種是來自于成體干細胞自我擴增并分化，另一種是來自于原先存在的已分化的細胞。在后者相關的研究領域發現，已分化的細胞可以經歷一個去分化或者重編程的過程貢獻組織的再生，并且在多個組織中都有發現，例如肺、小腸、胰腺和肝臟。在肝臟的損傷再生過程中，已有研究表明，成熟肝細胞的去分化過程是肝細胞重要來源之一。肝臟損傷下成熟肝細胞能發生去分化過程，轉變成Sox9+類肝前體細胞(Liver progenitor-like cells,LPLCs)貢獻肝臟內細胞的來源。

??肝臟分子病理研究團隊惠利健研究組在2019年發表的Cell Stem Cell論文中的工作證明，肝細胞具有重編程能力的內在特性是受到Arid1a調控，Arid1a預先開放了成熟肝細胞中重編程相關基因（Reprogramming related genes，RRG）的染色質，從而使得成熟肝細胞可以響應損傷信號發生重編程，稱為重編程感受態(Reprogramming competence)，為重編程的發生提供了分子基礎。那是什么外源信號誘導了重編程的發生呢？損傷下肝細胞重編程發生通常是在一個特定的區域內，因此，這些損傷外源信號應該也存在特異的區域分布。此外，RRG基因很多都是胚胎發育相關，是否肝細胞去分化利用了胚胎時期的信號，重新在損傷過程激活了這些RRG基因？或者有損傷特定機制另外調控了這些RRG基因？

單細胞測序解析肝細胞重編程的軌跡及激活的信號通路

??在該研究中，惠利健組研究人員利用單細胞測序的手段，解析了健康的肝臟和損傷肝臟里的肝細胞不同亞群的表達譜，鑒定到損傷出現的Sox9+LPLCs。LPLCs的特征基因同樣在肝胚胎發育過程中高度富集，說明肝細胞去分化重新激活了胚胎發育時期的基因。通過偽時間分析，結合單樣本GSEA富集分析，研究人員解析了從正常肝細胞轉變到LPLCs過程中激活的信號通路，發現免疫信號通路在轉變過程中高度激活，并且免疫信號通路的激活程度與重編程軌跡呈正相關。

巨噬細胞清除影響肝細胞重編程發生

??研究人員進一步對肝臟不同種類的免疫細胞進行了敲除，發現敲除巨噬細胞能夠顯著抑制LPLCs的出現，而敲除適應性免疫細胞以及NK細胞和粒細胞對LPLCs出現無明顯作用。由于肝臟損傷下，巨噬細胞存在異質性，按照來源分主要分為兩種，一種是胚胎發育時期來源的Kupffer細胞(KCs)，另一種是損傷下招募的單核來源的巨噬細胞(MoMFs)。研究人員通過對巨噬細胞進行單細胞測序，解析了肝臟損傷下巨噬細胞的異質性，并利用巨噬細胞譜系特異性敲除的動物模型，發現KCs是LPLCs出現所必要的，而阻斷MoMFs對LPLCs出現無影響。

巨噬細胞亞群表達CLEC4F的Kupffer細胞貢獻肝細胞重編程過程

??為了研究KCs調控LPLCs出現的機制，研究人員對KCs特異分泌的因子進行體內過表達篩選，發現KC特異表達的IL-6可以在無損傷的肝臟內誘導LPLCs出現，具體機制是結合肝細胞IL6R/gp130受體，其下游是通過STAT3信號轉導實現。

正常小鼠體內過表達篩選系統鑒定KCs表達的IL-6誘導肝細胞去分化

IL-6誘導肝細胞去分化通過直接結合受體IL6R/gp130激活STAT3實現

??最后，為了研究STAT3調控重編程基因表達的分子機制，研究人員利用ChIP-seq技術證明了STAT3能夠結合到重編程相關基因的位點。這些位點是受Arid1a調控并預先開放的染色質區域。這些位點同樣具有更高的H3K27ac（增強子)的修飾，體內的報告系統實驗也揭示STAT3能結合到增強子區域，促進下游基因的轉錄。由于LPLCs的特征基因也包含了胚胎發育時期基因，有趣的是，研究人員發現胚胎發育過程中STAT3并未激活，組蛋白H3K27ac修飾在LPLCs相關的增強子也未激活，說明了肝臟損傷下IL-6/STAT3信號是結合了損傷特異的增強子誘導了前體基因的表達。

STAT3通過損傷特異的增強子誘導前體基因的表達

??本研究揭示了肝臟損傷下巨噬細胞的炎癥信號通過損傷特異的轉錄調控模式誘導肝細胞去分化的機制，該機制為探索誘導體內重編程的因子，開發治療肝臟疾病相關藥物，奠定了重要的理論基礎。

Kupffer細胞來源IL-6通過損傷特異增強子誘導肝細胞去分化機制

??中國科學院分子細胞科學卓越創新中心博士李露(已畢業)，在讀博士崔磊和中國科學院上海營養與健康研究所博士后林平為該論文共同第一作者，惠利健研究員、李虹研究員和李亦學研究員為該論文通訊作者。該研究得到分子細胞科學卓越創新中心動物實驗技術平臺、細胞分析技術平臺和分子生物學技術平臺的大力支持。該工作得到中國科學院、基金委、科技部、上海市科委、上海市發改委等經費支持。