Cell Research | 邓宏魁研究组与合作者建立体外大规模制备人功能成熟细胞的新方法

2019年7月3日，北京大学生命科学学院邓宏魁研究组和合作者在《Cell Research》上发表了题为《两步法策略将成纤维细胞重编程为功能成熟的人肝脏细胞》（A two-step lineage reprogramming strategy to generate functionally competent human hepatocytes from fibroblasts）的研究论文。本项工作通过模拟体内再生过程，提出了谱系重编程的新策略，建立了在体外大规模制备人功能成熟细胞的新方法。

如何在体外制备大量功能性的细胞一直是干细胞及再生医学领域的关键科学问题。通过在体细胞中过表达目标细胞的关键转录因子，谱系重编程技术可以实现不同类型细胞间的命运转变。然而，目前的谱系重编程策略仍然存在两个明显缺陷：谱系重编程诱导的细胞大多功能不成熟；而且谱系重编程无法大量制备目的细胞。

为了解决这些问题，北京大学邓宏魁及时艳研究组、解放军总医院卢实春研究组合作建立了一种全新的两步法谱系重编程策略。该两步法重编程策略巧妙地借鉴了低等动物的再生过程：受损组织的体细胞首先去分化产生前体细胞，然后通过扩增前体细胞和诱导大量功能细胞形成，最终实现受损组织的再生。邓宏魁研究组通过过表达5个肝谱系特异转录因子的组合，首先在体外将人成纤维细胞诱导成肝前体样细胞，再通过化学小分子将肝前体样细胞诱导成功能成熟的功能性肝细胞。通过两步法重编程策略获得的诱导肝细胞在功能和转录谱上与人原代肝细胞相当，两步法重编程的巨大优势在于实现了功能细胞的大规模制备。第一步诱导的肝前体样细胞具有极强的增殖能力，可以在体外稳定地扩增1027倍以上，并在扩增后依然保持向功能性诱导肝细胞分化的潜能，能够满足药物研发、抗病毒药物筛选等应用方面对功能性肝细胞的巨大需求。

两步法谱系重编程策略

通过新方法制备的诱导肝细胞在药物研发方面具有极大的应用价值。药物代谢和肝毒性测试是药物研发中必不可少的环节，邓宏魁研究组证明诱导肝细胞具备了完整的药物代谢网络，可以代谢90%以上的上市药物，并可以准确地预测和评估药物的肝毒性，其功能性超越了传统重编程策略或干细胞分化策略所获得的肝细胞。

邓宏魁研究组还进一步利用诱导肝细胞构建了乙肝病毒的体外高效感染模型。全球有近3亿乙肝病毒携带者，我国约有1.2亿人携带乙肝病毒,目前仍然没有有效的治愈方法，主要原因是缺乏支持乙肝病毒感染的体外功能性肝细胞模型。近期，邓宏魁研究组在Science杂志上报道了通过化学小分子调控的手段实现了体外人原代肝细胞的长期功能维持，并基于这一技术在体外首次建立了乙肝病毒长期感染人肝细胞的模型。本研究中大量制备的诱导肝细胞可以在相同小分子条件下支持完整的病毒复制周期，对于乙肝病毒的深入研究与药物研发具有重要意义。

邓宏魁研究组长期致力于体外制备功能成熟细胞的研究和应用，是国际上最早开展多能干细胞定向分化诱导功能细胞的研究组之一。在肝细胞制备方面，研究组在2007年就首次建立了多能干细胞定向分化为肝细胞的方法，在2014年建立了谱系重编程制备人肝细胞的方法。本研究建立的两步法重编程策略不仅极大地提升了体外制备细胞的功能，还为解决功能细胞体外大量制备的难题提供新的解决方法。这一新策略有望应用于体外大量制备其他类型的功能成熟细胞。

北京大学邓宏魁教授，北京大学医学部时艳副教授及解放军总医院卢实春教授为该论文的共同通讯作者，谢冰清博士、孙达博士以及杜媛媛博士为该论文的共同第一作者。本工作获得了北大-清华生命科学联合中心、国家重点研发计划、国家自然科学基金等基金的大力支持。

研究组介绍

邓宏魁：

北京大学博雅讲席教授，北京大学干细胞研究中心主任。清华-北大生命科学联合中心成员。

实验室研究领域：

本实验室主要兴趣在于：体细胞重编程；细胞命运调控；再生医学。

我们的主要研究方向是如何通过调控细胞命运获得多潜能干细胞和各种功能性细胞。生命的本质是化学过程，化学小分子调控细胞命运理论上是最有效的方式。我们研究团队建立了化学小分子调控细胞命运的技术手段，首次利用化学小分子将小鼠体细胞诱导成为多潜能干细胞和功能性神经元，不仅有助于更好地理解细胞命运决定和转变机制，而且为未来再生医学治疗重大疾病带来新的可能。我们团队利用化学小分子首次在体外建立了具有全能性特征的干细胞（EPS细胞），该细胞具有更强的发育潜能，为体外制备各种功能成熟的细胞类型提供了更好的来源。我们将利用EPS细胞通过定向分化制备功能性的血液细胞、胰岛细胞、肝脏细胞，并结合基因编辑技术制备新型抗肿瘤的CAR-T细胞，为治疗重大疾病提供新的解决方案。

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