北大鄧宏魁等人Science發(fā)文，構(gòu)建成熟細胞在體外長期維持的新方法
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2019年4月26日，北京大學鄧宏魁研究組、解放軍總醫(yī)院盧實春研究組以及復旦大學袁正宏研究組合作在《科學》（Science）雜志發(fā)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(diào)控細胞信號通路，實現(xiàn)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(yī)學的關鍵瓶頸。鄧宏魁研究組與盧實春研究組長期合作，致力于在體外獲得大量的功能性細胞。在個體發(fā)育過程中，多種發(fā)育信號的精確調(diào)控，分化產(chǎn)生功能各異的細胞并長期穩(wěn)定地維持其生理功能。然而，這些功能細胞一旦離開體內(nèi)微環(huán)境便會迅速去分化并失去功能。此外, 由于缺乏適當?shù)呐囵B(yǎng)條件與微環(huán)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(yī)學研究和應用中長期面臨的挑戰(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簡單高效，穩(wěn)定的功能細胞體外培養(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胞為研究對象，篩選到5種化學小分子的組合（5 compounds，5C）并利用它們在體外成功實現(xiàn)了肝細胞功能的長期維持。在長達一個月以上的培養(yǎng)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(nèi)的肝細胞高度相似，并長期維持了白蛋白分泌、尿素合成、藥物代謝等肝細胞的功能。
肝細胞在體外藥物代謝及藥物研發(fā)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。在鄧宏魁研究組新建立的5C培養(yǎng)體系中,體外培養(yǎng)的肝細胞能合成與體內(nèi)水平相似的藥物代謝酶，并具有長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用。與此同時，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(wěn)定產(chǎn)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(fā)具有重要意義。我國約有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(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)條件下的肝細胞支持乙肝病毒的高效感染，并能夠長期產(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。
相比于傳統(tǒng)遺傳學方法,化學小分子能夠?qū)崿F(xiàn)對多個信號通路靶點的精細調(diào)控。在過去幾年,鄧宏魁研究組在化學小分子調(diào)控細胞命運方面取得了一系列突破性進展：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(jīng)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）。在本研究中，鄧宏魁研究組利用化學小分子實現(xiàn)了體外肝細胞功能的長期維持。這些工作表明了化學小分子在精細調(diào)控細胞命運和功能上的優(yōu)越性，這一方法也為其他類型細胞體外功能的長期維持提供了新的途徑。
注：本文來自“生命科學聯(lián)合中心”。
