基于干细胞的肝脏再生

2021-05-25 生物谷

对肝实质细胞或非实质细胞进行标准化制备、规模化扩增，形成安全有效的干细胞治疗产品，将是实现干细胞疗法转化的关键步骤。

撰文│张文成何志颖

编辑│郑天慧

审校│汤红明

肝实质干细胞和肝非实质干细胞有望作为原位肝移植的辅助治疗手段，延长患者的存活期，以等待合适配型的供肝进行移植；甚至可能通过制备标准化、规模化的干细胞制剂，替代经典的肝移植，成为救治终末期肝病患者的有效治疗手段。

肝脏作为承担人体代谢、合成、解毒等重要生理功能的关键器官，其损伤和功能缺失所导致的终末期肝病长久以来都是危害我国国民健康、增加公共卫生经济负担的重大疾病。近年来，随着我国干细胞与再生医学研究的蓬勃发展，以及材料科学与转化医学研究的快速推进，基于干细胞的肝脏再生已成为除原位肝移植外治疗肝病最具潜力的手段。

相比原位肝移植所面临的供体来源受限和免疫排斥风险，干细胞具有来源广泛、免疫原性低等优点。因此，基于干细胞的肝脏再生，有望作为原位肝移植的辅助治疗手段，可延长患者的存活期，以等待合适配型的供肝进行移植；甚至可能通过制备标准化、规模化的干细胞制剂，替代经典的肝移植，成为救治终末期肝病患者的有效治疗手段。

一、肝脏细胞类型及其损伤后修复

肝脏承担人体内复杂且精密的生理生化功能，肝脏的细胞组成类型较其他实体脏器更为复杂。从细胞特性可以分为肝实质细胞和非实质细胞。肝实质细胞包括肝细胞、胆管细胞（也有理论认为胆管细胞属于非实质细胞）；非实质细胞包括肝血窦内皮细胞、星状细胞、血细胞、枯否氏细胞等。实质细胞中肝细胞是发挥肝脏功能的细胞，而非实质细胞为实质细胞提供健康的微环境。

人的肝细胞在肝损伤后会先激活自体的再生，这种肝细胞的自我再生能力在急性肝损伤修复中尤为明显，在慢性肝损伤中自我再生能力较易受损。与急性肝损伤后实质细胞中的肝细胞快速再生不同，慢性肝损伤中肝细胞呈现衰老状态，且更多新生的实质细胞类型是胆管细胞。

研究表明，当肝细胞再生能力受损时，胆管上皮细胞可作为肝细胞祖细胞来介导肝再生。胆管上皮细胞可能来源于胆管中静止的干细胞或由胆道上皮细胞转分化而来。当肝细胞受到酒精、药物等损伤，影响肝细胞功能发挥，导致肝脏实质细胞不具有再生能力时，损伤细胞凋亡释放的细胞因子会导致非实质细胞大量扩增，代偿性纠正实质细胞的丢失，造成肝纤维化。

二、肝实质细胞和非实质细胞的干细胞

肝脏内干细胞类型包括肝实质干细胞（即肝干细胞）和肝非实质干细胞。肝干细胞一直是研究和争论的热点，已发现一些公认的肝内干细胞亚群包括Lgr5 ⁺肝干细胞、Axin2 ⁺肝前体细胞、EpCAM ⁺肝干细胞，处于肝小叶的汇管区或者中央静脉区，在正常情况下处于静息状态，只有在适当肝损伤情况下会被激活，参与肝脏再生修复。

肝非实质干细胞包括血管母细胞，在维持肝干细胞的体内稳态中发挥重要作用，可分化成肝星状细胞和血窦内皮细胞，并可合成维持肝细胞及肝干细胞正常功能的细胞外基质，通过旁分泌的作用调节肝干细胞的增殖、凋亡和稳态。

肝干细胞可分化为肝祖细胞，进一步分化为肝前体细胞和胆管前体细胞，并最终分化为成熟的肝细胞。肝干细胞的分化成熟，需要血管母细胞的存在，才可保持其干性的稳定性。当肝干细胞逐步向肝细胞分化时，血管母细胞也同步向肝星状细胞和血窦内皮细胞分化成熟，以保持与实质细胞干性和成熟程度的一致性。

三、肝实质细胞移植与肝再生

肝脏在不同损伤程度下参与修复的细胞类型不同，损伤后进行肝实质细胞（尤其是有功能性的肝细胞）移植对肝脏损伤有直接的救治疗效。目前已有美国匹斯堡大学等众多临床团队开展基于成人肝细胞移植治疗肝病的临床试验，以及罗马大学临床团队开展基于胎儿胆管干细胞治疗终末期肝病的临床试验研究。

1992年，日本旭川医学院Mito等开展了10例成人肝细胞移植治疗肝病的临床试验，是最早以肝细胞为种子细胞治疗肝病的临床研究。截至2015年，全球已有将近100多名患者接受了肝细胞移植治疗肝衰竭或者代谢性肝病。然而由于人肝细胞移植效率低、体内无法增殖和再生，这些移植的肝细胞在7~10天就被免疫系统清空，导致临床试验的失败告终。

EpCAM ⁺肝干细胞移植治疗肝病的临床试验发现，肝干细胞移植2年内，患者肝脏功能比较稳定，5年生存率达80%。研究中，EpCAM ⁺肝干细胞来源于流产胎儿肝脏，虽然避免了免疫排斥，但细胞来源具有伦理争议，且供肝质量不稳定，尚未实现大规模临床应用。

四、肝非实质细胞移植与肝再生

非实质细胞在实质细胞功能维持中具有关键作用，加之其在分离、纯化、培养、扩增中易于操作的优势，因此理应是更为常见的用于各种器官组织再生的干细胞治疗的种子细胞类型。区别于实质细胞中肝细胞和肝干细胞都可以用作移植治疗的种子细胞，成熟的肝非实质细胞移植对肝病患者的改善并无直接依据。相反，肝星状细胞的过度增生是肝纤维化的直接原因之一，因此可用于改善肝脏病变的非实质细胞主要指非实质细胞的干细胞类型。

相比使用血管母细胞移植治疗肝病，目前可用于肝病治疗的非实质细胞大多为肝外来源的细胞类型，比如外周血和骨髓来源的间充质干细胞。这些间充质干细胞虽然无法分化形成功能性肝细胞，然而其可通过免疫调节和旁分泌作用，对肝实质细胞的微环境进行改善，从而对患者的肝功能具有一定的改善功能。同时，由于这些非实质细胞大多会在移植后7~10天内被机体的免疫系统清除，因此在临床应用中具有良好的安全性，其他间充质干细胞与肝非实质细胞也存在相互支持作用，如围产期来源的间充质干细胞（胎盘、羊膜、脐带等）具有旁分泌、合成细胞外基质、低免疫原性的优势，是基于非实质细胞类型肝脏功能改善的理想细胞类型。

五、展望

对肝实质细胞或非实质细胞进行标准化制备、规模化扩增，形成安全有效的干细胞治疗产品，将是实现干细胞疗法转化的关键步骤。目前，基于围产期和外周血来源的间充质干细胞治疗终末期肝病的临床试验已经取得了非常显著的效果，由于这些干细胞无法直接分化成有功能的肝细胞，治疗是否有效，还需要进一步验证。将肝干细胞、胆管干细胞与其他来源的间充质干细胞进行混合移植，将是未来干细胞治疗终末期肝病的趋势。