人骨髓间充质干细胞（human bone marrow mesenchymal stem cells, hBMSC）是人骨髓中一群具有极强增殖能力、极低免疫原性和多向分化潜能的干细胞，目前已被广泛应用于肝脏疾病救治及再生医学研究。浙江大学医学院附属第一医院李君教授团队前期已成功利用hBMSC移植救治暴发性肝衰竭猪，并阐明干细胞救治分子机制^[1,2]。

 

在第57届欧洲肝病研究学会年会（EASL2022）暨2022年国际肝脏大会^TM（ILC 2022）上，李君教授团队报告了一项最新研究（摘要编号：SAT172），他们利用hBMSC移植构建的人源化小鼠模型，详细展示了干细胞植入后转分化肝细胞过程，为优化体外诱导分化肝细胞提供新思路，同时也为干细胞临床治疗进一步提供了科学依据和理论基础。

 

人骨髓间充质干细胞体内转分化肝细胞机制研究

 

该研究利用前期已建立的hBMSC移植救治暴发性肝衰竭免疫缺陷小鼠技术^[3]，构建了人肝嵌合小鼠。分离移植后1、2、3、7、14天小鼠肝脏中人源性肝细胞（hBMSC-Heps），并进行转录组测序。PCA分析显示，植入后第2天起，细胞转录谱发生显著改变。对不同时间点特异性高表达基因的生物学功能分析揭示，hBMSC植入后1天内，细胞形态发生变化，细胞外基质重塑，干性快速下降，同时调控代谢和激酶活性等功能开始出现；植入2天后代谢调控进一步增强，同时成熟肝细胞相关功能、免疫调节等也逐渐增强，提示肝向转分化开启；植入后3-7天细胞经历增殖后，至植入后14天细胞逐渐接近人原代肝细胞（HH）（图1）。

 

进一步将转录谱数据与基因生物学功能进行整合分析，以hBMSC为起点、人原代肝细胞HH为终点，定量评估各时间点细胞转分化肝细胞成熟情况，结果揭示分化成熟的基因集占比从植入后1天的4.6%快速上升至植入后14天的39.3%，有机酸生物合成、小分子代谢、羧酸代谢等肝细胞功能从植入后2天开始成熟。转录因子预测结果显示HNF4A、NR1H4、FOXA3等10个肝细胞特异性转录因子从植入后2天开始高表达，参与调控肝向分化和肝细胞功能成熟。

 

综上所述，该研究从转录组水平系统展示了hBMSC植入后，在肝衰竭微环境下快速转分化为功能性肝细胞过程及起调控作用的转录因子。不仅丰富了干细胞相关理论，也为体外优化肝细胞转分化速度及细胞功能成熟度提供了新思路。

 

图1. hBMSC植入后不同时间点转录谱分析

 

研究者说

 

hBMSC具有良好的临床应用前景，但植入后干细胞在体内转分化发育过程不清，严重影响了干细胞治疗的长期安全性和有效性。课题组前期已利用hBMSC移植构建了肝脏和免疫系统双人源化小鼠。本研究主要通过对双人源化小鼠肝脏内人源性肝细胞的转录组分析，深入探讨了植入后14天内hBMSC向肝细胞转分化的过程，明确了hBMSC可在不同转录因子调控下快速转分化为功能性成熟肝细胞。

 

该研究所揭示的不同阶段的转录因子组合可为优化体外诱导分化肝细胞提供新思路。同时，该人源化小鼠模型也可作为“细胞工厂”，为临床和基础研究提供充足的功能性成熟人肝细胞，以解决人原代肝细胞来源受限、体外培养难以维持成熟功能等难题。

 

此外，课题组将在本研究基础上，进一步探索植入hBMSC转分化为免疫细胞相关机制，为干细胞临床治疗提供科学依据和理论基础。

 

参考文献：

 

1. Li J, et al. Immediate intraportal transplantation of human bone marrow mesenchymal stem cells prevents death from fulminant hepatic failure in pigs. Hepatology. 2012;56(3):1044-1052.

 

2. Shi D, et al. Quantitative evaluation of human bone mesenchymal stem cells rescuing fulminant hepatic failure in pigs. Gut. 2017;66(5):955-964.

 

3. Yuan L, et al. HBV infection-induced liver cirrhosis development in dual-humanised mice with human bone mesenchymal stem cell transplantation. Gut. 2019;68(11): 2044-2056.

 

 

第一作者

 

石东燕

 

浙江大学医学院附属第一医院主管技师，科技部重点领域创新团队核心成员。主持国家自然科学青年基金1项、国家重点研发计划子课题1项、浙江省自然科学青年基金1项，以第一作者或共同通讯作者发表Gut、Clin Gastroenterol H等多篇SCI论文。

 

 

通讯作者

 

李君

 

浙江大学“求是特聘”教授、博士生导师，中组部国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部重点领域创新团队负责人。现任浙江大学传染病诊治国家重点实验室副主任；中华医学会肝病学分会委员、中国老年病学会干细胞专业委员会副主委、亚太医学生物免疫学会肝病学分会常委等。主持国家自然科学基金（重点、面上）、国家重点研发计划和国家科技重大专项子课题等国家级课题15项，在Gut、J Hepatol、Hepatology等SCI期刊发表论文60余篇；获国家科技进步一等奖2项，浙江省科技进步奖一等奖2项。