识别肝细胞生长要素,可助其体外生长

诸平

据《科学日报》（ScienceDaily）网站2013年6月2日报道，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的研究人员可以使希腊神话成为现实。希腊神话中普罗米修斯（Prometheus）为了帮助人类从奥林匹斯偷取了火，因此触怒宙斯。宙斯将他锁在高加索山的悬崖上，每天派一只饥饿的恶鹰来啄食他的肝脏，但是啄食后又会重新长出来，供第二天再来啄食。虽然这仅仅是一种希腊神话而已，但是其中反映的肝脏再生现象，当今已经由神话变成了现实。美国MIT的工程师桑吉塔·巴蒂亚（Sangeeta Bhatia）认为，希腊神话中隐藏着一颗真理的种子，那就是如果肝脏的一部分被摘除之后，有可以自身再生的可能性。然而,研究人员试图利用这种能力,希望生产可供移植的人工肝组织却一再受阻:成熟的肝细胞在英文中被称为hepatocytes（中文为肝细胞），当其离体之后会迅速失去正常功能。

MIT电气工程和计算机科学、健康科学与技术领域的教授桑吉塔·巴蒂亚说, “这是一种悖论,因为我们知道肝细胞能够增长,但我们却不能让其在身外成长。”桑吉塔·巴蒂亚还是布罗德（Broad）研究所的一位高级会员,也是MIT的科赫（Koch）综合癌症研究所、医学工程与科学研究所成员。现在,巴蒂亚和她的同事的研究已经向人工肝脏生长的目标靠近了一步。他们的研究论文在2013年6月2日出版的一期《自然化学生物学》（Nature Chemical Biology）杂志发表,他们发现了10余种化合物,可以帮助肝细胞不仅可以维持其正常功能，还可以在实验室培养皿里进行生长, 且繁殖产生了新组织。

据研究人员透露，细胞生长的这种方式可以帮助研究人员开发组织培育工程，为5亿患有慢性肝脏疾病如丙型肝炎的患者提供治疗。该论文的领导作者是哈佛-MIT健康科学与技术系的研究生单京(Jing (Meghan) Shan音译)，其他作者是来自巴蒂亚实验室的研究人员、布罗德（Broad）研究所的研究人员、哈佛医学院（Harvard Medical School）以及威斯康辛大学（University of Wisconsin）的研究人员等——Jing Shan, Robert E Schwartz, Nathan T Ross, David J Logan, David Thomas, Stephen A Duncan, Trista E North, Wolfram Goessling, Anne E Carpenter & Sangeeta N Bhatia. Identification of small molecules for human hepatocyte expansion and iPS differentiation. Nature Chemical Biology，2013，DOI: 10.1038/nchembio.1270. Published online 02 June 2013.

大规模筛选

巴蒂亚曾开发出一种离体肝细胞通过精确地将其与老鼠成纤维细胞混合，暂时维持正常的肝细胞功能的方法。巴蒂亚的这项研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）和霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute) 资助,研究小组采用了该体系,肝细胞可以在成纤维细胞层生长,在实验室培养皿中几乎没有受到抑制。这促使研究人员进行了大规模的快速研究，研究了1.25万种不同的化学物质对肝细胞生长和功能究竟会带来怎样的影响。

肝脏功能大约有500种之多,可以分为四大类:即药物解毒功能、能量代谢功能、蛋白质合成功能以及胆汁生产功能。大卫·托马斯（David Thomas）是布罗德研究所的一位副研究员，和Todd Golub在一起工作。测量过83种肝酶的表达水平,这些酶代表了维持肝脏中一些最挑剔的功能。

从8个不同的组织供者中筛选了数以千计的肝细胞之后,研究人员确定了12种可以帮助肝细胞维持其功能、促进肝细胞分裂或两者兼而有之的化合物。这些化合物中有2种化合物似乎在来自年轻供者的细胞中表现特别出色,所以研究人员包括IMES 的博士后Robert Schwartz和威斯康辛大学（University of Wisconsin）人类和分子遗传学教授Stephen Duncan也测试过由诱导多能干细胞(iPSCs) 产生的肝细胞中它们的含量。之前科学家一直试图由iPSCs创建肝细胞,但这些细胞通常不会达到一个完全成熟的状态。然而,当用这2种化合物处理时,细胞则会成熟的更完全。巴蒂亚和她的团队怀疑这些化合物可能会引起一种通用的成熟程序,可能也会同样影响到其他类型的细胞。其他研究人员正在研究由iPSCs所生成的各种细胞类型中对其进行测试。

在未来的研究中,MIT的研究小组计划将处理过的肝细胞嵌入聚合物组织支架之中，然后将其植入实验鼠体内,来测试它们是否可以替代肝脏组织。哈佛医学院参与此项研究的Trista North和Wolfram Goessling谈到，他们也在研究开发这些化合物作为药物的可能性，以帮助病人自己的肝组织再生。

美国匹兹堡大学（University of Pittsburgh）病理学副教授Eric Lagasse，他没有参与此项研究，他对此项研究的评价为, 此发现代表了一种很有前途的方法，使过去一直困扰科学家的难题——肝细胞无法在体外生长的问题得到解决。找到了细胞培养中一种日益增长的功能性肝细胞的培养方法，应该是一个重大突破。

相关连接

巴蒂亚和她的同事们最近在解决另一个工程肝组织的挑战中也取得了新进展,使接受者的身体生长的血管为新组织供应氧气和营养。相应的研究成果已经在2013年4月份，发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。巴蒂亚和美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）Christopher Chen教授的合作研究显示，如果将预先形成条状的内皮细胞嵌入到该组织, 组织被植入之后他们将很快成长为数组血管。为了达到这个目标,巴蒂亚实验室的Kelly Stevens曾与加拿大多伦多大学（University of Toronto）的Peter Zandstra合作，设计了一种新系统,允许它们来创建三维工程化组织，并精确的控制不同类型细胞在组织内的所处位置。这种方法在2013年5月发表于《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的论文中已有阐述,可让工程化组织功能比宿主组织的功能更佳。巴蒂亚说，纵观这些论文的研究成果，为解决肝组织工程化过程中长期面临的2个挑战，即体外肝细胞不断增长的大量供应和使接受移植的患者可以得到源源不断的肝脏组织，提供了一种前进的方向。更多信息请浏览原文或者

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130602144612.htm