应用谱系重编程技术获得人肝系细胞建立肝炎病毒感染的人源化小鼠模型

Hepatitis, cirrhosis, and hepatocellular carcinoma caused by HBV/HCV infection pose a serious threat to human health. The lack of truly effective animal model becomes the bottleneck problem of the in-depth research. Functional human hepatocytes that are xeno-engrafted in the liver of mice can be used as an ideal model system to study hepatitis virus infection and its caused diseases. However, some unsolved key problems restrain the application of humanized mouse model, including lack of primary human hepatocytes because of donor deficiency and ethical restrictions, and no standardized and large-scale procedures to establish such model. This project uses the technology of cell lineage reprogramming to get enough of induced hepatic cells independent of the donor. Human induced hepatic cells are transplanted into immunodeficient FAH gene knock-out mice to establish chimeric mice with humanized liver. Chimeric mice with humanized liver and immune system will be also established with simultaneous transplantation of human hematopoietic stem cell. Humanized mouse model will be evaluated the application value as the animal model to study hepatitis, cirrhosis, and hepatocellular carcinoma. Humanized mouse model could be extensively used in the study of human hepatitis virus infection in vivo, pathogenic mechanism of hepatitis and subsequent diseases, as well as the drug screen and efficacy of potential vaccines.

HBV、HCV等噬肝性病毒感染及其引发的肝炎-肝硬化-肝癌是严重威胁人类健康的重大疾病，缺乏真正有效的动物模型成为制约其研究深入的瓶颈问题。将人肝细胞异种移植到受体小鼠肝内建立人源化肝脏的嵌合体小鼠，是研究肝炎病毒感染及相关疾病的理想动物模型。然而，原代人肝细胞供体来源的匮乏和获得的伦理学限制，以及人源化肝脏嵌合体小鼠的建立没有实现程序的标准化及规模化，极大地限制了肝脏人源化小鼠的应用。本申请旨在利用谱系重编程技术，获得充足的非供体依赖的人肝细胞或肝干细胞，移植理想的肝脏再殖模型- - FAH基因剔除小鼠，建立人源化肝脏嵌合体小鼠模型，以及同时实现免疫系统的人源化，并评价其作为病毒性肝炎-肝硬化-肝癌研究动物模型的可应用性。该人源化小鼠模型的成功构建将为病毒性肝炎、肝硬化和肝癌发病机制的研究、治疗药物的筛选，以及肝炎病毒新型预防性疫苗和治疗性疫苗的研发，带来巨大的科学和经济价值。

HBV/HCV感染及其引发的肝炎-肝硬化-肝癌是严重威胁人类健康的重大疾病，缺乏真正有效的动物模型成为制约其研究深入的瓶颈问题。将人肝细胞移植受体小鼠建立人源化肝脏的嵌合体小鼠，是研究肝炎病毒感染及相关疾病的理想模型。然而，原代人肝细胞供体来源的匮乏和获得的伦理限制，以及人源化肝脏嵌合体小鼠的建立没有实现程序的标准化及规模化，极大地限制了肝脏人源化小鼠的应用。本项目旨在利用谱系重编程技术，获得充足非供体依赖的人肝细胞或肝干细胞，移植理想肝脏再殖模型- - FAH基因剔除小鼠，建立人源化肝脏嵌合体小鼠模型，并评价其作为病毒性肝炎-肝硬化-肝癌研究动物模型的可应用性。. 通过研究开展，本项目取得如下结果：1）利用谱系重编程等多种方案，实现了充足的非供体依赖的人肝细胞或肝干细胞/肝前体细胞来源的获得。先后实现了将成熟肝细胞重编程为肝前体细胞；实现了人肝细胞体外扩增，获得了可增殖的有功能且具有高效体内整合能力的人肝细胞来源；采用三维培养促进重编程肝细胞功能成熟并首次应用于生物人工肝系统，并开展了相关重编程机制研究；2）利用优化供体肝细胞来源，建立了高嵌合程度的人源化肝脏嵌合体小鼠模型，建立了以血清hAlb 表达水平鉴定人肝细胞再殖效率的评估体系；建立了高嵌合程度的人源化肝脏嵌合体大鼠模型； 3）高比例肝脏人源化小鼠或大鼠模型具有人类肝脏特异代谢基因表达特征和结构，可用于肝脏代谢和药物研发研究，可用于HBV/HCV感染及疫苗筛选等应用研究；4）利用嵌合鼠等模型开展了病毒性肝炎-肝硬化-肝癌相关病理及机制研究。以上基金资助成果发表在Cell Stem Cell 2018; Cell Research 2016, 2017a, 2017b, 2018, 2019; Hepatology 2016, 2017; Journal of Hepatology 2016; Stem Cell Reports 2017, Cell Death & Disease 2018a, 2018b; Scientific Report 2016; J Biol Chem 2016等。. 人源化小鼠和大鼠模型的成功构建为病毒性肝炎、肝硬化和肝癌发病机制的研究、治疗药物的筛选，以及肝炎病毒新型预防性疫苗和治疗性疫苗的研发，带来了巨大的科学和经济价值。