塑性肝：分化细胞、干细胞、每一个细胞？

摘要

一个老游戏中的新奇玩家？

大约80%的肝脏由肝细胞组成，肝细胞负责肝脏的大部分相关功能，包括代谢和解毒活动。其余组织由胆管上皮细胞（BEC）、血管、枯否细胞和肝星状细胞（HSC）组成。肝脏具有显著的再生能力，可以从多轮组织切除中完全恢复（高达70%）。所有研究的脊椎动物都接受并证明肝细胞肥大和增殖是肝脏再生的原因，在部分肝切除或毒性损伤后，肝细胞室得以保留（图​（图1A）。1A） ●●●●。然而，在毒素介导的损伤（损害肝细胞增殖）过程中，肝脏如何再生尚不完全清楚，在这个问题上存在分歧。争议源于两个不同领域的问题。首先，是否需要兼性肝干/祖细胞来重新填充肝脏？第二，产生这种干/祖细胞群的细胞类型是什么？小鼠模型的最新研究，该系统可适应多种Cre公司-基于血统追踪方法的研究表明，即使在毒素介导的损伤后，肝细胞本身也有助于组织再生(1,2). 这些研究与先前的报道形成了对比，先前的报道表明BECs或祖细胞在损伤后再生组织，尽管数量很少（~2%-3.2%；参考文献。三–5，并在参考文献中进行了审查。6). 有趣的是，最近的另一份报告表明，肝祖细胞及其后代的消融会损害肝脏再生(7)再次质疑肝再生不需要导管反应的说法(1,2).

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图1

肝损伤后细胞再生示意图。

(A类)部分肝切除或中毒损伤会激活肝细胞和BEC，这些细胞能够在所有研究的脊椎动物中通过自我复制再生。(B类)毒性损伤后小鼠模型的肝再生。小鼠的血统追踪表明肝细胞和BEC（低频）对损伤后祖细胞和卵圆细胞的生成均有贡献（参考文献。6). (C类)Kordes等人的工作(12)提示HSC在大鼠中毒损伤后的修复过程中发挥作用，加入BEC作为潜在的祖细胞来源。胆道结扎联合胆汁毒素亚甲基二苯胺（DAPM）预处理后，大鼠肝细胞转分化为BEC(27). (D类)斑马鱼肝脏中毒损伤和95%肝细胞丢失后，观察到BEC激活为祖细胞状态(20). (E类)人类肝脏可以从暴发性肝衰竭中恢复过来，这种肝衰竭可导致高达80%的肝细胞损失。观察到强烈的导管反应，30%的细胞表达BEC和肝细胞谱系的标志物。BEC似乎参与了再生过程；然而，BEC是否能生成肝细胞尚不能得到正式证明。需要进一步研究来了解这一过程是通过直接转分化还是通过祖细胞的生成来实现的(11).

对大鼠进行的初步历史研究表明，出现了一种瞬时、快速增殖的细胞类型，该细胞同时表达BEC和肝细胞特异性标记物以及胚胎肝标记物α-甲胎蛋白。这些细胞被称为卵圆细胞或反应性导管细胞，主要是因为它们的出现与被称为“导管反应”的再生过程有关(6,8). [^三H] -胸腺嘧啶核苷标记研究提供了证据，证明这种跨扩增细胞群通过生成新的肝细胞而重新填充大鼠肝脏(9,10). 这些结果与斑马鱼的数据一致，斑马鱼肝细胞室的完全耗竭导致导管细胞激活祖细胞程序，从而恢复丢失的肝细胞。此外，几乎所有涉及细胞丢失的人类肝脏疾病（如暴发性肝衰竭）中都发现了导管反应(11)表明该过程与肝脏再生有关（图​（图1）。1). 在本期杂志中，Kordes及其同事进入了这一备受争议的领域，并确定间充质HSC是再生大鼠肝脏的潜在细胞来源(12).

肝干细胞：肝脏的间充质祖细胞来源

HSC是一种表达多胚层标记物的肝脏-间充质干细胞（MSC）群体。HSC的慢性激活促进分化为肌成纤维细胞，从而诱导受损肝脏的纤维化(13,14). 最近的报告都支持(15)并被驳斥(1,16)间充质HSC人群作为兼性肝干细胞的作用。为了说明HSC对肝再生的贡献，Kordes及其同事将HSC移植到肝损伤大鼠体内，并确定移植的HSC是再生肝中肝细胞和BEC的来源(12). 具体来说，作者移植了GFP⁺从雄性大鼠到雌性GUNN大鼠的HSC受体，允许GFP表达和Y染色体用作追踪工具。肝部分切除和注射2-乙酰氨基芴或逆转录酶后，HSC被认为对肝细胞和胆管有贡献，这两种损伤模型都能阻止肝细胞增殖，并有利于导管反应(17). 通过挽救GUNN大鼠受体的胆红素结合缺陷，以及通过HSC体外分化为肝细胞后白蛋白和胆汁酸的释放来评估肝细胞成熟度。此外，通过服用GFP测试HSC再次移植的能力⁺来自宿主骨髓的供体细胞，并将其重新移植到第二个受体，其中GFP⁺确定细胞有助于肝脏再生。因此，Kordes等人的研究表明，HSC起着肝干细胞池的作用，能够促进反复的再生(12).

尽管不能完全排除细胞融合是移植后肝脏再生的一种机制，但由于Kordes及其同事没有进行女性到男性的移植，他们的体外数据表明，HSC在分化为EpCAM的过程中经历了间充质到上皮的转变（MET）⁺导管细胞和肝细胞标记物的表达。此外，Kordes及其同事使用超分辨率显微镜观察到GFP的存在⁺导管反应期间具有上皮特征的细胞，散在角蛋白-19中存在HSC标记结蛋白⁺经历导管反应的卵圆细胞。在这个模型中，激活的HSC会下调间充质标志物，上调胆道上皮标志物，如角蛋白-19，然后作为卵圆形细胞群的一部分导致导管反应。因此，Kordes等人巧妙地将之前看似矛盾的报告联系起来，这些报告要么支持要么驳斥了HSC在肝再生中的作用(12).

尽管HSC有助于肝脏再生，但仍存在一些问题。既然HSC驻留在肝脏中，它们是否参与体内稳态转换？在肝损伤时，HSC有助于再生吗？还是只有在移植时才起作用？鉴于本报告中所用移植的系统性，有理由质疑这些细胞群中每个细胞对再生肝脏的相对贡献。还需要进一步的研究来阐明在体内，在受损肝细胞增殖的大鼠模型中，常驻HSC是否也有助于组织再生。在这方面，值得注意的是，Kordes及其同事用于体外分化的分离的MSC具有进行MET并分化为功能性肝细胞的能力。如果接受MET的能力是MSCs的一般属性，那么我们再次回到常驻HSC和其他MSC池对肝脏再生的相对贡献的问题。

有趣的是，Kordes等人观察到移植后植入的细胞比例取决于所使用的损伤模型，这表明不同的祖细胞来源能够促进再生，以应对各种类型的损伤，这一理论与其他报告一致(7,18). 如果是这种情况，定义激活每种祖细胞类型以响应特定损伤的信号将非常重要。更好地了解激活不同祖细胞群的信号可能有助于慢性肝损伤的治疗，在慢性肝损伤中，HSC的长期激活可以促进纤维化和HSC活性的下调(14).

肝脏可塑性，一个统一的理论？

不同损伤模型之间缺乏一致性、肝实质损伤的程度以及潜在的物种特异性差异是争议的核心。值得注意的是，包括啮齿动物在内的几个物种的数据（参考文献。19)，斑马鱼(20)、和人类(11)均与导管反应对再生的贡献一致；然而，关于细胞来源和给定细胞类型对再生的贡献程度，而不是整个再生过程，仍然存在问题。

Kordes及其同事提供的数据与其他报告相一致的一种方法是将肝脏视为高度可塑性的器官。如果我们认为受损肝脏具有再生来源细胞的可塑性，那么根据损伤的程度和类型，几种细胞类型可以作为祖细胞群体来介导导管反应；因此，对许多相互冲突的报告进行不同的解释成为可能。一个能够利用多个细胞群进行器官再生的过程并非没有先例。在肠道中，隐窝基底柱状（CBC）细胞是负责器官稳态的细胞类型。Leblond描述了这个细胞群(21)并通过优雅的血统追踪研究确认为肠道中真正的干细胞(22). 虽然CBC细胞在正常情况下是肠增殖的主要动力，但CBC细胞室的消融会导致其他几种细胞群，包括但可能不限于分泌前体细胞(23)，标签染色细胞(24)，和+4个单元格(25)，激活兼性干细胞程序以维持器官功能。这种可塑性似乎不仅仅是内皮衍生器官的功能，因为皮肤中存在导致使用多个干细胞池的类似机制(26).

有理由推测，在损伤后利用几种“备用”细胞源维持器官功能的能力将是一种有利的进化策略。多个细胞源提供再生能力的能力将允许灵活应对多种形式的损伤，尤其是可能烧毁特定细胞池但保留其他细胞完整的损伤。从兼性祖细胞可塑性的角度来看，以前的报告表明，肝脏是一个可塑性很强的器官，能够根据损伤的类型和程度，利用不同的细胞来源进行再生。我们现在可以添加Kordes等人的研究(12)这表明间充质细胞来源有助于导管反应期间的肝脏再生，支持肝脏可塑性的研究越来越多。

致谢

脚注

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