2022年10月20日，北京大学基础医学院庄辉/李彤/向宽辉研究组和邓宏魁/时艳研究组合作，在干细胞生物学领域权威期刊Stem Cell Reports上在线发表题为“Generation of functionally competent hepatic stellate cells from human stem cells to model liver fibrosis in vitro”的研究论文，报道了利用人胚胎干细胞（ESCs）和诱导性多能干细胞（iPSCs）经诱导分化，获得处于静息状态的肝星状细胞（iHSCs），能够用于体外肝炎病毒感染等因素导致肝纤维化机制研究和抗肝纤维化药物筛选。
肝纤维化主要是肝脏慢性炎症导致肝脏损伤，肝脏结缔组织异常增生而引起的一种病变，病情可进一步发展为肝硬化甚至肝癌。肝纤维化病因可由病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、药物性肝损伤、及自身免疫性肝病等引起。肝星状细胞（HSCs）的活化是肝纤维化的重要病变机制之一，在肝纤维化早期分泌胶原并介导血管形成。HSCs是肝脏内具有重要生理和病生理功能的一种细胞类型。在生理情况下，静息状态的HSC负责维持细胞外基质的稳态和以脂滴形式贮存维生素A；在肝脏受到损伤后，HSCs会被各种细胞因子激活，进而合成并分泌细胞外基质参与肝损伤修复。但是，如果损伤或者刺激因素持续存在，激活状态的HSCs便会打破细胞外基质稳态平衡，积累过多的细胞外基质，从而诱发肝纤维化和肝硬化，甚至进一步发展为肝细胞癌。
鉴于上述原因，科研人员一直致力于以HSCs为模型研究肝脏损伤的病理过程以及分子机制。但是，目前仍然没有一个高效稳定的体外HSCs模型用于研究。从肝脏分离出来的原代肝星状细胞（pHSCs）具有分离繁琐，来源量少、异质性大（个体的遗传背景差异大）和细胞处于激活状态（原代分离存在机械剪切和酶解处理）等诸多因素限制，不能大规模应用于体外研究，特别是无法研究肝星状细胞在肝纤维化早期是如何活化的机制。体外构建的永生化HSC细胞系由于存在基因表达和信号通路异常，染色体异常和处于激活状态等原因也不能满足实验需求。然而，通过多能干干细胞定向分化技术可以有效解决这些技术难题。因此，利用干细胞分化技术在体外构建出处于静息状态，来源充足和遗传背景一致性好的HSCs具有重要意义。
为了达到此目的，研究人员筛选了一系列对细胞分化有重要作用的细胞因子，最后发现血管内皮生长因子VEGF在诱导方案中的重要性，并建立特异的分化方案。研究人员利用转录组学、特异标志物表达鉴定、划痕实验和贮脂实验等多种方法比较了静息态 iHSCs和pHSCs的相似性和可替代性，并且发现了iHSCs比pHSCs更容易处于静息状态。研究人员首次将干细胞分别分化为内胚层细胞和中胚层细胞后经过后续诱导分化均能得到静息态的iHSCs，这为HSCs的胚层起源提供了有价值的线索和证据，有助于进一步研究星状细胞的起源问题。研究还发现静息态的iHSCs可被肝纤维化药物（硫代乙酸胺）、肝毒性药物（对乙酰氨基酚）、HBV和HCV感染损伤肝细胞而激活，可模拟各种因素导致肝纤维化的机制研究，能够用于研究肝纤维化过程中HSCs的转变机制。此外，由于干细胞及中间状态细胞可以增殖，使得iHSCs可以实现大规模制备，能够满足抗纤维化药物筛选及研发等应用方面对功能性HSCs的巨大需求。
综上所述，该研究利用干细胞分化技术，同时从内胚层和中胚层两个方向，获得了处于静息状态的iHSCs，为研究HSCs的来源问题以及早期各种因素所致的肝纤维化病理机制提供了基础，并可用于肝损药物毒性鉴定和抗肝纤维化药物的筛选，该研究不但具有理论意义而且也具有重要的应用价值。
向宽辉研究组长期致力于病毒感染、致病模型的研究和应用及与宿主相互作用的机制研究。在HBV感染细胞模型构建方面，研究组构建出了可以高效支持HBV感染的体外细胞模型，可用于支持HBV感染及与宿主相互作用的机制研究。此后，又建立了可同时支持HBV和HCV共感染的细胞模型，为研究HBV和HCV共感染的相互作用及致病机制提供了基础（Antivir Res, 2021）。新冠疫情爆发后，该课题组利用干细胞分化技术建立了肺上皮细胞，可用于新型冠状病毒的感染研究，该研究相关成果“一种从胚胎干细胞分化获得肺上皮细胞的方法及其使用的培养基”获得国家发明专利授权；发现母乳成分抑制新冠病毒的作用和机制（STTT, 2020; iScience, 2022; STAR Protocols, 2022）。
北京大学医学部基础医学院博士生赖鑫源、北京佑安医院肝移植中心李传云主任为该文章的共同第一作者。北京大学基础医学院向宽辉副研究员、时艳副研究员和李彤副教授为该工作的共同通讯作者。该工作还得到了中国人民解放军总医院第一医学中心肝胆胰外科卢实春主任团队的大力支持。该研究得到国家自然科学基金和优博培育计划等项目的支持。此外，该研究相关成果“一种从胚胎干细胞分化获得肝星状细胞的方法”也获得国家发明专利授权。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213671122004593
（北京大学基础医学院）
