臨床需求

肝臟疾病已成為越來(lái)越重的負(fù)擔(dān),，僅在英國(guó),，去年一年由其導(dǎo)致的死亡人數(shù)已達(dá) 10000,。肝功能不全指急性或慢性肝病導(dǎo)致肝臟正常生理功能的改變,，肝細(xì)胞不能有效增生而出現(xiàn)功能障礙。未經(jīng)治療的肝功能不全最終危害患者生命,，目前核心的有效治療在于全肝移植,。

隨著肝病負(fù)擔(dān)的加重，越來(lái)越多的患者需行肝移植治療,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)適合的肝臟供給數(shù)目，許多不能進(jìn)行肝移植治療的患者過(guò)早走向了生命盡頭,。來(lái)自英國(guó)國(guó)王學(xué)院的 Tamir Rashid 等就細(xì)胞治療肝病的進(jìn)展進(jìn)行綜述,，并發(fā)表在 2014 年 9 月 2 日的 Gut 雜志上。

肝細(xì)胞治療

肝臟由多種細(xì)胞構(gòu)成,，如內(nèi)皮細(xì)胞,、星狀細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞,、Kuppfer 細(xì)胞及自然殺傷細(xì)胞等,，它們共同構(gòu)成了肝臟主要細(xì)胞――肝細(xì)胞周?chē)闹С纸Y(jié)構(gòu),，用肝細(xì)胞治療肝病從理論上來(lái)說(shuō)似乎是肝移植的有效替代方案。

在小動(dòng)物身上的多種肝病模型顯示,，肝內(nèi)肝細(xì)胞移植是有效的,，然而人體試驗(yàn)卻不太令人滿意，最好的研究結(jié)果（也可能是僅出現(xiàn)的）出現(xiàn)在代謝性肝病的患兒身上,。這點(diǎn)提示,，這些間質(zhì)細(xì)胞在肝細(xì)胞移植中也有著十分重要的作用。

然而構(gòu)建肝臟間質(zhì)細(xì)胞的工作十分繁瑣,，臨床上更加可行的一種方案或許是肝外肝細(xì)胞移植（E-HTx）,，在肝功能不全患者等待移植過(guò)程中或自身修復(fù)功能恢復(fù)時(shí)起過(guò)渡作用。初步的臨床研究表明,，將藻酸鹽顆粒包裹的肝細(xì)胞運(yùn)送至急性肝衰竭的患兒腹膜周?chē)幸欢ㄗ饔谩?/span>

這些研究都很振奮人心,，但仍需進(jìn)一步確認(rèn)。擴(kuò)展這一技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)在于弄清楚 E-HTx 有效是因?yàn)橐浦驳募?xì)胞是作為獨(dú)立的肝外器官起作用,，還是間接（移植的細(xì)胞通過(guò)分泌某些因子從而增強(qiáng)自身肝細(xì)胞的增生功能）起作用,，探明這點(diǎn)才能更加準(zhǔn)確評(píng)估獲益更大的患者。

干細(xì)胞為基礎(chǔ)治療的前景

許多肝病專(zhuān)家認(rèn)為,，肝內(nèi)與肝外肝細(xì)胞移植均存在潛力,，但受肝細(xì)胞供體不足的限制。增加肝細(xì)胞來(lái)源途徑,，如從干細(xì)胞中獲取肝細(xì)胞等方式將有助于解決此問(wèn)題,。但關(guān)鍵問(wèn)題在于：怎樣獲得這些細(xì)胞及如何知道所得細(xì)胞就是肝細(xì)胞？

盡管干細(xì)胞被認(rèn)為存在于任何組織中,，但其在成人肝組織內(nèi)的存在與否卻備受爭(zhēng)議,。至今為止，還沒(méi)有人能從肝臟干細(xì)胞中分離出能獨(dú)立增殖,、發(fā)揮臨床作用的干細(xì)胞,。

另一方面，胚胎干細(xì)胞（ESCs）的存在毋庸置疑,，它們來(lái)源于胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán),，能再次種植并最終執(zhí)行特定功能。ESCs 具有多能性,，也就是說(shuō),，它們分化能力很強(qiáng)，并且能分化成人體內(nèi)的任何一種細(xì)胞類(lèi)型,，這與組織中的肝細(xì)胞不同,，因?yàn)楹笳叩姆只胺至涯芰Χ即嬖谝欢ㄏ拗啤?/span>

然而 ESCs 的獲得受其來(lái)源及倫理限制，因而在臨床中應(yīng)用不廣,。2006 年,，一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)指出了可能取代 ESCs 作用的方法,。日本的一位干細(xì)胞生物學(xué)家 Shinya Yamanka 發(fā)現(xiàn)了另一種多能干細(xì)胞，它并不來(lái)源于 ESCs,，而來(lái)源于成人細(xì)胞,，并將其稱(chēng)為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）。

這種細(xì)胞可以從成人身上的任何一種細(xì)胞中獲得,，但通常從皮膚成纖維細(xì)胞中獲得,，因其獲取方式容易。制取 iPSC 的方法簡(jiǎn)單,，需要幾個(gè)重要轉(zhuǎn)錄因子的短暫過(guò)度表達(dá),，通過(guò)重新編碼、表觀修飾,，首發(fā)細(xì)胞回到胚胎干細(xì)胞狀態(tài),。

由于該細(xì)胞增生能力極強(qiáng)，如果能發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo) iPSCs 轉(zhuǎn)化為肝細(xì)胞的合適制劑,，將有源源不斷的肝細(xì)胞產(chǎn)生,。該方案除了能解決肝細(xì)胞來(lái)源問(wèn)題，也有助于解除患者免疫抑制劑使用需要,。重新編碼能使細(xì)胞恢復(fù)再生能力這一理論已在多個(gè)實(shí)驗(yàn)室中得到證實(shí),，為其在臨床應(yīng)用中的可行性進(jìn)一步提供了依據(jù)。

干細(xì)胞――經(jīng)重新編碼并轉(zhuǎn)化為肝細(xì)胞（R-HEPS）

將供體細(xì)胞重新編碼轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞現(xiàn)在已十分容易實(shí)現(xiàn),，然而,，使其轉(zhuǎn)化為肝細(xì)胞卻極具挑戰(zhàn)。許多研究團(tuán)隊(duì)正在使用體外培養(yǎng)二維細(xì)胞方法的基礎(chǔ)上,，不斷嘗試和重復(fù),，以期發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肝細(xì)胞的方法。

緊隨而來(lái)的是另一波學(xué)者,，他們報(bào)道了一種使干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肝細(xì)胞或內(nèi)胚層細(xì)胞更直接的方法,，后者速度更快，但仍需更多研究重復(fù),。有趣的是,，有報(bào)道稱(chēng)，第二種方式所產(chǎn)生的細(xì)胞的某些表型特征優(yōu)于第一種方式,。

肝細(xì)胞質(zhì)量

假設(shè)通過(guò)重新編碼技術(shù)來(lái)獲得肝細(xì)胞前景樂(lè)觀,，我們可以想象不久后將有數(shù)以億計(jì)的肝細(xì)胞運(yùn)用于臨床，迎接我們的下一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)定質(zhì)量控制措施,，即如何知道從生產(chǎn)線上獲得的細(xì)胞就是我們需要的。

盡管原代肝細(xì)胞的幾個(gè)重要特征在重新編碼獲得的肝細(xì)胞（r-Heps）中都具備,，仍然有對(duì)其成熟度和安全性的顧慮,。研究人員似乎同意 r-Heps 在某些方面仍不成熟――本質(zhì)是相符的,，但是可能在完全分化成熟方面遇到障礙，因此需要進(jìn)一步研究,。

許多科學(xué)家現(xiàn)在集中精力嘗試體外生產(chǎn)成熟肝細(xì)胞,，并小有成就。目前公認(rèn)的推斷一種細(xì)胞是否成熟主要基于兩點(diǎn)：體外藥物代謝和體內(nèi)觀察鼠類(lèi)肝損傷模型的修復(fù)能力,。原代肝細(xì)胞是采用 50 多年前發(fā)明的一項(xiàng)技術(shù)從人肝臟組織中提取出來(lái)的,。

此外，更重要的是弄清楚哪種肝細(xì)胞會(huì)在某種特定的肝病中其治療作用,。因此,，我們需要擴(kuò)大動(dòng)物試驗(yàn)的規(guī)模或者大力推進(jìn)人體試驗(yàn),。雖然繼續(xù)研究和改進(jìn)細(xì)胞生產(chǎn)將為人類(lèi)帶來(lái)益處,，但 Tamir 等建議是時(shí)候檢測(cè)已獲得細(xì)胞在人體內(nèi)的有效性。然而,，我們必須時(shí)刻謹(jǐn)記,，這些細(xì)胞的遺傳及表觀遺傳穩(wěn)定性尚未明確。

因此,，在人體內(nèi)使用重新編碼細(xì)胞十分危險(xiǎn),，因?yàn)樗麄冊(cè)隗w內(nèi)的分布并不能控制。因此,，Tamir 等建議發(fā)明一種可移動(dòng)的載體將細(xì)胞裝載,，避免其在體內(nèi)播散或形成腫瘤。這也讓我們考慮,，此結(jié)構(gòu)的多維,、多細(xì)胞構(gòu)成是否會(huì)影響其功能發(fā)揮，以及下一代的肝細(xì)胞療法是否也會(huì)遇見(jiàn)類(lèi)似的問(wèn)題,。

多維肝細(xì)胞

正如上面所討論的,，現(xiàn)行的關(guān)于肝細(xì)胞轉(zhuǎn)化的方案聚焦在單細(xì)胞的分化，很有可能產(chǎn)生多種細(xì)胞,，使其功能不能發(fā)揮極致,。我們忽略的一個(gè)重要事件是細(xì)胞之間的信號(hào)傳導(dǎo)，該過(guò)程在時(shí)空上對(duì)器官發(fā)育進(jìn)行調(diào)節(jié),。

空間的調(diào)節(jié)在三維狀態(tài)下發(fā)生,，與支撐結(jié)構(gòu)如間質(zhì)細(xì)胞和血管細(xì)胞的相互作用有關(guān)。細(xì)胞間相互作用精確的時(shí)間調(diào)控在三維調(diào)控的基礎(chǔ)上更添難度,。這些都顯示肝臟自然生成的過(guò)程中需要四維,、多細(xì)胞的調(diào)控。目前的干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)尚難以達(dá)到四維調(diào)控的目的,。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),，科學(xué)家們又研發(fā)出一項(xiàng)新技術(shù),，通過(guò)對(duì)早期器官形成的細(xì)胞間的相互作用進(jìn)行調(diào)控而培育出“器官芽”。特異的由 iPSC 獲得的肝細(xì)胞與間質(zhì)祖細(xì)胞及內(nèi)皮祖細(xì)胞共同培養(yǎng),，可以縮合形成三維的類(lèi)器官結(jié)構(gòu),。多種祖細(xì)胞產(chǎn)生的作用對(duì)其進(jìn)行四維調(diào)控，從而形成了肝芽樣結(jié)構(gòu)（微型肝）,。

令人興奮的是,，將肝芽樣結(jié)構(gòu)移植入體內(nèi)，血管生成將刺激肝細(xì)胞成熟,，此過(guò)程無(wú)需其他環(huán)境誘因（如嚴(yán)重肝臟損傷）,。成熟的肝臟結(jié)構(gòu)能顯著改善化學(xué)藥物誘導(dǎo)的肝衰竭小鼠的預(yù)后。通過(guò) iPSC 獲得的肝芽似乎能夠作為肝外來(lái)源的肝臟支持系統(tǒng)提供潛在的治療作用,。

盡管仍存在不明問(wèn)題,，如起治療作用的直接或間接原因。但該技術(shù)最終有望治療肝功能不全,。同時(shí),，它也為一個(gè)假說(shuō)奠定了基礎(chǔ)，即為了獲得最有效的治療結(jié)果,，重要細(xì)胞之間復(fù)雜的生物學(xué)相互作用可能需要重建,。

肝細(xì)胞――一個(gè)完整器官

盡管單細(xì)胞、多細(xì)胞,、芽細(xì)胞等治療方案將對(duì)數(shù)目眾多的肝病患者產(chǎn)生重大影響,，但它大多數(shù)情況下無(wú)法治療需要全肝移植的患者。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),，我們必須明白干細(xì)胞生物學(xué)的“圣杯”――在實(shí)驗(yàn)室中合成一個(gè)全新的器官,。

近期一些研究表明，實(shí)驗(yàn)室中使用工程支架“播種”干細(xì)胞而獲得產(chǎn)物能帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益,，但以相同的規(guī)模及根據(jù)人類(lèi)的復(fù)雜度重復(fù)該過(guò)程目前仍困難重重,，即便是前面提到的體外獲得有功能的肝細(xì)胞也不是一項(xiàng)能輕而易舉就完成的挑戰(zhàn)。

比較折中的是采用雜交途徑,，即使用大型動(dòng)物作為活的載體支架,，使通過(guò) iPSC 獲得的肝細(xì)胞完成轉(zhuǎn)換，因?yàn)榇笮蛣?dòng)物肝臟及胰腺等器官的生理機(jī)制與人類(lèi)相似,。為了達(dá)到這一目的,，我們必須設(shè)法將 iPSCs/ 肝芽種植到適合的動(dòng)物宿主，并使其停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使四維器官生成,。

沿著這條路徑,，近來(lái)有研究報(bào)道，由基因工程造成的器官缺陷動(dòng)物，在其植入前胚胎階段,，補(bǔ)償性地提供供體干細(xì)胞,，能產(chǎn)生有功能的胰腺，該結(jié)論已在鼠類(lèi)和豬體內(nèi)得到證實(shí),。有一點(diǎn)仍不明確，即從高等動(dòng)物如靈長(zhǎng)類(lèi)及人類(lèi)身上獲得的供體細(xì)胞是否也能同樣完成組織重建,。

如果上述跨種族的雜交能夠成功,，我們將有望從豬和羊身上獲得成千上萬(wàn)的人類(lèi)肝臟。確實(shí),，如果上述方案可行,，我們可以把那些動(dòng)物稱(chēng)為“器官生物反應(yīng)器”，因其解決了我們供體器官短缺的問(wèn)題,。

可能就目前來(lái)說(shuō),，該想法超越了科學(xué)現(xiàn)實(shí)，但是盡管其不能即刻獲得可以使用的終產(chǎn)物,，這項(xiàng)技術(shù)無(wú)疑證實(shí)了在實(shí)驗(yàn)室中獲得有功能的干細(xì)胞源性治療方案是有效的,。