肝細胞癌化的研究進展

肝細胞癌化的研究進展

在高平等生物的發(fā)育過程中，樹干對最終細胞的分裂過程是片面的，不可逆轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象通常被認為是由細胞命運決定的。在正常生理狀態(tài)下,已經(jīng)決定了命運的終末分化細胞受到胞內(nèi)信號通路、表觀遺傳以及胞外微環(huán)境的嚴格調(diào)控,維持在一個相對穩(wěn)定的類型和狀態(tài),一般不會轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷募毎?。這種細胞命運的穩(wěn)定對于維持高等動物細胞功能、組織穩(wěn)態(tài)等都極為重要。最近的研究發(fā)現(xiàn),在特定的條件下,細胞命運是可以轉(zhuǎn)變的。例如,日本科學家Yamanaka等發(fā)現(xiàn),可以將終末分化的皮膚成纖維細胞去分化為多能干細胞。一系列關(guān)于轉(zhuǎn)分化的研究也指出,不同種類的細胞之間可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。此外一個極端的例子是,極少數(shù)的終末分化細胞也會出現(xiàn)病態(tài)的命運轉(zhuǎn)變,成為惡性增殖的癌化細胞。這些事例都說明,終末分化細胞具有可塑性,細胞命運是可以被改變的(圖1)。那么既然細胞的命運是可以轉(zhuǎn)變的,那么在體內(nèi),為了維持組織穩(wěn)態(tài),細胞命運轉(zhuǎn)變是如何被抑制的?哪些條件下,我們可以誘導細胞命運轉(zhuǎn)變?而在病理條件下,細胞癌化又是如何發(fā)生的?對這些問題的回答,不僅對于理解基本的細胞生物學現(xiàn)象極為重要,同時對于研究疾病發(fā)病機理和轉(zhuǎn)化醫(yī)學都具有深刻的意義。我們實驗室以肝細胞為對象,研究細胞命運轉(zhuǎn)變,特別是癌化與轉(zhuǎn)分化,希望能為臨床治療提供新思路和新策略。1從蛋白表達的角度解釋肺癌發(fā)生癌化細胞癌化作為細胞命運的一種病態(tài)轉(zhuǎn)變,由于其機制的復(fù)雜和治療的困難一直威脅著人類的健康。正常細胞發(fā)生癌化后表現(xiàn)出增殖信號的持續(xù)激活、增殖抑制通路的失活、免疫監(jiān)視的逃避等多個特征。細胞癌化涉及到眾多的基因突變或表達變化以及腫瘤細胞與微環(huán)境的相互作用。對肝細胞癌化過程分子病理機制的研究,不僅對揭示維持細胞命運和組織穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機制有重要意義,同時也將為癌癥治療提供新的靶點和方法。在肝細胞發(fā)生癌化的早期,伴隨著HBV、HCV等感染引起的慢性炎癥,造成肝細胞死亡和代償性增生等一系列反應(yīng)。一方面,在肝癌發(fā)生早期的炎癥反應(yīng)中,NF-κB調(diào)控STAT3依賴的IL-6表達,而IL-6的表達促進了肝細胞增殖和肝細胞發(fā)生癌化。NF-κB信號通路和MAPK信號通路的抑制蛋白CYLD和TGF-β激活激酶TAK1被證明在肝癌發(fā)生過程中具有重要的穩(wěn)態(tài)維持作用。這些蛋白的失活導致炎癥、肝細胞死亡和纖維化,進而引起過度代償性增生導致肝癌發(fā)生。另一方面,肝細胞癌化早期由于癌基因激活導致肝細胞衰老并分泌細胞因子,引起CD4+T細胞的免疫反應(yīng),從而清除癌化早期的衰老細胞,抑制肝細胞癌化的發(fā)生。對肝細胞癌化的研究發(fā)現(xiàn),MAPK信號通路常常被異常激活,誘導肝癌的產(chǎn)生。MAPK的一個成員蛋白JNK下游的c-Jun轉(zhuǎn)錄因子對小鼠以及人的肝癌形成有重要作用。我們利用可誘導的c-Jun缺失小鼠,對肝癌發(fā)生早期分子機制進行了研究。結(jié)果表明,c-Jun通過增強肝癌起始細胞的存活,促進腫瘤的形成。在c-Jun被敲除的細胞中,另一個AP-1轉(zhuǎn)錄因子c-Fos的表達會被上調(diào),引起去乙?；窼IRT6的高表達。高水平的SIRT6進而使Survivin基因啟動子區(qū)域組蛋白H3第9位賴氨酸(H3K9)的乙?；浇档?造成Survivin這個細胞凋亡抑制蛋白基因的轉(zhuǎn)錄表達下調(diào)。降低的Survivin水平會使細胞凋亡增加,肝癌起始細胞數(shù)目降低,最終表現(xiàn)為腫瘤形成減少。分離鑒定這一在肝細胞癌化早期階段發(fā)揮重要作用的分子機制,為肝癌的預(yù)防治療提供了新策略。2不同途徑分離的雞細胞在ntbc治療中的作用肝臟作為人體的重要器官調(diào)節(jié)許多生理過程,如糖原儲存、脂質(zhì)代謝、血漿白蛋白分泌、細胞解毒等。對于重癥肝病和晚期肝癌,唯一有效的治療就是肝臟移植。最近,肝細胞移植作為器官移植的替代方法也在臨床治療中被嘗試。但是,肝供體的嚴重缺乏限制了這些應(yīng)用,所以如何獲得具有功能的肝細胞成為了研究的熱點。利用特定的培養(yǎng)條件,胚胎干細胞或者iPS細胞可以在體外定向分化成具有功能的肝細胞類似細胞。但是,采用此方法獲得肝臟細胞,具有步驟繁瑣、效率低和成本過高等缺點。因此,如何建立新方法獲得非供體依賴的有功能的肝細胞,具有很高的理論及應(yīng)用價值,也具有極大的挑戰(zhàn)性。目前,采用過表達組織特異的轉(zhuǎn)錄因子來改變細胞命運的方法已經(jīng)被科學家們廣泛地采用。通過這種重編程的方式直接實現(xiàn)細胞譜系間的轉(zhuǎn)換,可以在不依賴供體器官的情況下快速地產(chǎn)生細胞,應(yīng)用于再生醫(yī)學和個性化藥物治療。在2011年,我們以及其他研究者證明了通過在小鼠成纖維細胞中過表達肝細胞特異轉(zhuǎn)錄因子將其轉(zhuǎn)分化為肝細胞。最近,還發(fā)現(xiàn)利用Hnf1β、Foxa3兩個轉(zhuǎn)錄因子,可將小鼠成纖維細胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦胃杉毎＠萌祟惣毎@得轉(zhuǎn)分化的肝細胞,是將此種方法應(yīng)用于再生醫(yī)學的必經(jīng)之路。盡管很多研究已經(jīng)成功將小鼠的成纖維細胞直接轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷募毎?然而諸多研究也表明人類細胞較難進行重編程。有研究人員將人類成纖維細胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)細胞,但是轉(zhuǎn)分化產(chǎn)生的神經(jīng)細胞的體內(nèi)治療功能并沒有很好鑒定。最近的一項研究將人類成纖維細胞轉(zhuǎn)分化為心肌細胞,但是這些細胞缺乏相應(yīng)的成熟心肌細胞功能。我們以人類成纖維細胞作為起始細胞,轉(zhuǎn)入FOXA3、HNF1A和HNF4A后,可誘導獲得具有功能的肝細胞(hiHep)。hiHep細胞具有原代肝細胞的上皮樣形態(tài),表達肝特異性基因。hiHep細胞能夠積累糖原、分泌血清白蛋白、吸收和積累脂質(zhì)。轉(zhuǎn)分化獲得的hiHep細胞還具有藥物代謝和膽汁排泄功能。由于轉(zhuǎn)分化產(chǎn)生的細胞不能持續(xù)增殖,因此無法獲得大量細胞用于體內(nèi)治療和生物醫(yī)藥的應(yīng)用。我們發(fā)現(xiàn)過表達SV40LargeT可以誘導hiHep細胞的持續(xù)增殖?？稍鲋车膆iHep細胞同樣具有肝特異基因表達、糖原貯存、脂質(zhì)積累以及藥物代謝等功能。我們采用了兩種動物疾病模型來檢驗hiHep細胞的治療效果。首先,我們采用了Fah–/–小鼠模型。這種小鼠罹患致命肝臟代謝疾病,需要依賴NTBC藥物來維持肝臟功能。停止NTBC治療后6~8周,動物會全部死亡。移植hiHep細胞可以使40%的Fah–/–小鼠在停止NTBC后仍然存活。我們進一步驗證了hiHep細胞能否治療刀豆蛋白誘導的急性肝衰竭小鼠。我們用海藻酸鈉–聚左賴氨酸–海藻酸鈉形成的半透膜微囊包裹hiHep細胞來防止免疫排斥,并維持物質(zhì)交換。移植了hiHep細胞的14只急性肝衰竭小鼠中,有5只完全康復(fù);而移植成纖維細胞或者HepG2肝癌細胞的對照組全部死亡。在我們工作發(fā)表的同時,其他實驗室也報道了從人類成纖維細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄δ艿母渭毎姆椒ā＝窈罂梢酝ㄟ^轉(zhuǎn)分化產(chǎn)生病人自體來源的功能肝細胞進行早期藥物毒性研究、藥物篩選以及細胞移植治療,這可以很大程度上解決肝供體不足以及不同個體表觀遺傳上的差異問題,從而增強臨床治療效果。3基因文化和細胞癌化終末分化細胞基因表達、形態(tài)和功能的穩(wěn)定維持對于高等動物保持組織器官的穩(wěn)態(tài)和功能極為重要。這個相對穩(wěn)定狀態(tài)的維持需要多種機制的協(xié)同作用,以防止細胞命運的轉(zhuǎn)變。研究肝細胞癌化發(fā)生早期的信號通路,有助于了解細胞癌化的機制,從而發(fā)現(xiàn)有效防止肝癌發(fā)生的方法。利用轉(zhuǎn)分化手段改變細胞命運而產(chǎn)生的hiHep細