Science：原代人肝臟細胞在體外的長期功能性維持

　　北京大學生命科學學院鄧宏魁教授課題組、解放軍總醫院盧實春教授課題組和復旦大學袁正宏教授課題組合作,在《科學》（Science）雜志上發表了題為“原代人肝臟細胞在體外的長期功能性維持（Long-term functional maintenance of primary human hepatocytes in vitro）”的研究論文，首次證明利用化學小分子調控細胞信號通路，實現了功能細胞在體外的長期維持，這為大量制備功能成熟細胞及其應用提供了可能。

　　如何誘導獲得功能成熟的細胞并在體外保持其功能性是再生醫學的關鍵瓶頸。研究團隊致力于在體外獲得大量功能性細胞。在個體發育過程中，多種發育信號精確調控，分化產生功能各異的細胞并長期穩定地維持其生理功能。然而，這些功能細胞一旦離開體內微環境便會迅速去分化并失去功能。此外,由于缺乏適當的培養條件與微環境，體外源于干細胞誘導分化所獲得的功能細胞，很難真正成熟并長期維持其功能，是再生醫學研究和應用中長期面臨的挑戰。過去幾十年里，人們嘗試了改變培養材料、共培養及三維培養等多種方法，但始終未能建立一個簡單高效且穩定的功能細胞體外培養體系。為解決這一問題，鄧宏魁課題組組以體外培養過程中快速失去功能的人原代肝細胞為研究對象，篩選到五種化學小分子組合（5 compounds，5C）并利用它們在體外成功實現了肝細胞功能的長期維持。在超過一個月的培養過程中，5C組合抑制了肝細胞的去分化，細胞整體基因表達譜與體內肝細胞高度相似，并長期維持了白蛋白分泌、尿素合成、藥物代謝等肝細胞功能。

　　人原代肝細胞在五個化學小分子的協同作用下，能夠在體外長期維持功能。這些長期維持功能的人肝細胞在藥物研發方面具有廣泛的應用價值；另一方面，它們可以支持乙肝病毒（HBV）完整的病毒復制周期，包括持續的產生共價閉合環狀DNA（cccDNA），這為抗乙肝病毒藥物提供了理想的高通量篩選模型

　　肝細胞在體外藥物代謝及藥物研發方面具有重要的實用價值，然而長期以來功能維持條件的缺失極大限制了肝細胞的應用。在鄧宏魁課題組新建立的5C培養體系中，體外培養的肝細胞能合成與體內水平相似的藥物代謝酶，并具有長期維持藥物代謝的能力，極大拓展了其在藥物代謝、藥物相互作用和藥物毒性等方面的應用。與此同時，研究團隊基于5C培養條件，成功建立了乙型肝炎病毒感染模型：持續高水平表達乙肝表面抗原、e抗原、合成乙肝病毒DNA等感染指標，尤其是能夠長期穩定產生乙肝病毒復制必需的cccDNA。這一模型的建立，對于乙肝病毒的深入研究與藥物研發具有重要意義。我國約有1.2億人攜帶乙肝病毒，目前仍無有效的治愈方法。因為乙肝病毒侵入肝細胞后,形成了一種很難被清除的病毒復制模板cccDNA，目前還沒有針對這個病毒復制關鍵靶點的藥物。相形之下，丙型肝炎病毒的發現雖然晚于乙肝病毒，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培養條件下的肝細胞支持乙肝病毒的高效感染，并能夠長期產生cccDNA，可作為理想的藥物篩選模型，為治愈乙型肝炎帶來希望。

　　相比于傳統遺傳學方法，化學小分子能夠實現對多個信號通路靶點的精細調控。過去幾年，鄧宏魁課題組在化學小分子調控細胞命運方面取得一系列突破性進展：誘導體細胞重編程為多潛能干細胞(CiPS細胞）；誘導皮膚成纖維細胞為功能神經元細胞(CiN）；建立了具備全能性功能特征的多潛能干細胞(EPS細胞)。他們利用化學小分子實現了體外肝細胞功能的長期維持。這項工作表明化學小分子在精細調控細胞命運和功能上的優越性，這一方法也為其它類型細胞體外功能的長期維持提供了新途徑。

　　鄧宏魁、盧實春和袁正宏為該論文的共同通訊作者，向晨罡博士、杜媛媛博士與孟高帆博士為該論文的共同第一作者。該工作獲得北大-清華生命科學聯合中心、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等支持。