參與肝組織再生修復的肝細胞分布特征

劉雅雪 汪艷

肝臟組織具有特殊的再生能力。在肝組織中，肝小葉通常被劃分為匯管區(qū)、移行區(qū)和中央靜脈區(qū)。位于不同區(qū)帶的肝細胞具有不同的基因表達譜、代謝活性和染色體特性等。不同區(qū)帶肝細胞之間是否再生能力不同，仍未知。

關于肝組織的再生修復機制，一直存在多種學說。如 “流動肝臟”學說認為，靠近匯管區(qū)的肝細胞與其他區(qū)帶的肝細胞相比具有更強的增殖能力；在正常肝臟更新過程中，新生肝細胞產(chǎn)生于匯管區(qū)，隨后逐漸向中央靜脈區(qū)遷移并不斷成熟[1]。Lorup[2]采用放射自顯影技術實驗驗證了該學說，發(fā)現(xiàn)匯管區(qū)肝細胞具有較高的增殖能力。但也有實驗結果質(zhì)疑該學說，如Bralet等使用逆轉錄病毒載體特異性標記并追蹤肝細胞分布變化，發(fā)現(xiàn)表達β-半乳糖苷酶的肝細胞移植到肝臟后在相同位置停留1年以上，并沒有從匯管區(qū)向中央靜脈區(qū)流動的跡象[3]。另一方面，目前普遍認為，生理條件下的肝組織穩(wěn)態(tài)是通過成熟肝細胞分裂維持的，干細胞/祖細胞表型細胞對此貢獻很少。在損傷的肝組織中，可檢測到具有祖細胞表型(LGR5+、Sox9+、CD133+)的細胞，但常駐干細胞/祖細胞對肝細胞數(shù)量維持和功能修復的整體貢獻很少。

近期各種新型的譜系追蹤工具、分析技術和新的數(shù)據(jù)報道不斷涌現(xiàn)。AXIN2作為Wnt/β-catenin通路重要靶分子，是多種組織中成體干細胞的重要標識。已有學說認為，中央靜脈區(qū)AXIN2+肝細胞是維持肝組織穩(wěn)態(tài)的再生肝細胞來源。然而最近，Sun等[4]采用細菌人工染色體(BAC)載體轉基因AXIN2技術造模，減少以往模型中由于干預內(nèi)源性AXIN2基因而可能產(chǎn)生的AXIN2表型不足的問題；使用該小鼠模型，研究者發(fā)現(xiàn)恢復肝組織穩(wěn)態(tài)的增殖肝細胞來自肝小葉各區(qū)，而非僅來自中央靜脈周圍的AXIN2+肝細胞，轉錄組和功能學分析顯示，AXIN2+和AXIN2-肝細胞具有相同的增殖能力。Halpern等[5]通過應用單細胞轉錄組測序(scRNA-seq)技術，結合組織穩(wěn)態(tài)下情況下的小鼠肝臟空間重構，顯示了從匯管區(qū)到中央靜脈區(qū)，肝細胞AXIN2表達逐漸增加而Sox9表達逐漸減少。其中值得注意的是，增殖相關基因如Ki67和增殖細胞核抗原(PCNA)的表達程度并未隨空間分布出現(xiàn)變化。這些結果支持Sun等[4]的研究結論。

基于對Rosa26-Rainbow Cre報告雜合子小鼠尾靜脈注射AAV8-TBG-Cre載體的技術方法，Chen等[6]采用隨機譜系追蹤策略觀察肝細胞的命運變化，發(fā)現(xiàn)在肝組織穩(wěn)態(tài)維持過程中，存在著廣泛分布的肝細胞克隆，而非流向匯管區(qū)的大片肝細胞。而且大多數(shù)肝細胞克隆是多倍體，提示中央靜脈周圍AXIN2+雙倍體肝細胞的增殖能力有限。還有一些研究觀察到在肝組織穩(wěn)態(tài)維持過程中，不同分區(qū)的多倍體肝細胞中高表達端粒酶反轉錄酶的肝細胞可以衍生出不同大小的肝細胞克隆。這些研究目前都不支持之前關于中央靜脈區(qū)AXIN2+肝細胞是維持肝再生的細胞來源的觀點。

肝細胞倍性也是肝再生機制研究的一個重要話題。已知多倍體肝細胞的出現(xiàn)頻率會隨著年老和很多長期疾病狀態(tài)而增加，但是這類肝細胞在肝再生中的作用還不清楚。為了觀察肝再生中的肝細胞倍性增多和倍性減小現(xiàn)象，Matsumoto等[7]構建了多色報告基因小鼠模型，通過譜系追蹤發(fā)現(xiàn)在損傷后的肝再生過程中，多倍體肝細胞能夠進行增殖并減少倍性，并且在植入亞急性肝衰模型小鼠進行肝臟組織重建的過程中，這些倍性降低的子細胞在后續(xù)分裂過程中又可以恢復多倍體狀態(tài)。該研究提示，多倍體肝細胞是慢性肝損傷肝組織再生的主要細胞來源。

不僅肝組織穩(wěn)態(tài)維持過程中，多種肝損傷引發(fā)的再生修復過程中也發(fā)現(xiàn)增殖肝細胞在肝小葉的各分區(qū)廣泛分布。為了追蹤肝再生過程中的單個肝細胞，Chen等[6]和Matsumoto等[7]在實驗中使用低劑量的腺病毒載體追蹤，發(fā)現(xiàn)在以中央靜脈區(qū)損傷為主的情況下，增殖肝細胞克隆絕大多數(shù)分布在中央靜脈區(qū)；而在以匯管區(qū)損傷為主的情況下，增殖肝細胞克隆絕大多數(shù)分布在匯管區(qū)。這些數(shù)據(jù)提示，肝組織存在一個損傷后的局部補償性修復機制，表現(xiàn)為再生過程中局部AXIN2和LGR5表達上調(diào)以及多倍體細胞的倍性調(diào)整。

這些新發(fā)現(xiàn)對于我們理解肝臟病理生理變化，尤其是纖維化組織重塑和慢性肝病癌變具有重要意義。雖然肝細胞增殖似乎是由肝組織各處分布的局部損傷信號引起，并依賴于肝細胞倍性狀態(tài)和組織損傷類型，但是某些肝細胞亞型對這些增殖信息的反應似乎更敏感。近5年來逐漸廣泛采用的scRNA-seq技術，在鑒定正常和患病肝臟中未知的細胞類型和亞型，研究稀有細胞(例如肝祖細胞)以及非實質(zhì)細胞在慢性肝病和癌癥中的作用具有獨特優(yōu)勢?；趕cRNA-seq的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，正常肝臟中存在不同亞型的肝細胞，該現(xiàn)象歸咎于肝小葉不同分區(qū)以及營養(yǎng)和氧氣交換供應的差異。這些基于scRNA-seq定義的不同亞型肝細胞在損傷修復反應中的作用如何？是否存在易致癌變的細胞亞型？這些都值得深入探究。scRNA-seq技術在肝非實質(zhì)性細胞的表型分析方面也有大量新數(shù)據(jù)。如最新研究中定義了具有新表型標志的肝竇內(nèi)皮細胞亞群、纖維化相關肝內(nèi)巨噬細胞亞群、纖維化相關肝星狀細胞/及成纖維細胞亞群，以及肝癌組織中與特殊微環(huán)境相關的上皮細胞和基質(zhì)細胞亞群等?？傊?，這些scRNA-seq數(shù)據(jù)提示我們，關于肝組織中時空關系和細胞相互作用等因素在肝再生過程中的作用機制，還有更多重要信息等待研究者們不斷認識和清晰還原。

最新研究則證明，作為肝再生細胞來源的肝細胞廣泛分布于肝小葉的各個分區(qū)，這些肝細胞的增殖特征可能取決于各種肝損傷過程中局部肝組織的特殊信號。隨著新技術持續(xù)涌現(xiàn)和模型不斷進步，將會揭示更多肝再生的機制。