肝再生过程中细胞外基质对肝脏结构重建的时空调控机制

Liver regeneration is the process of liver reconstruction and restoration after various liver injuries induced by mechanical damage, toxication and virus infection. This is a programmed process including extracellular matrix remodeling, liver cell proliferation and accurate arrangement. However, due to the limits of partial hepatectomy-liver regeneration model, the pathologically originated liver regeneration is still poorly understood. In this study, we will use Fah-/- mouse as a tyrosinimia relative liver injury-liver regeneration model to study the mechanism of induced hepatocyte proliferation when extracellular matrix remodeling regulated both growth factors and hepatocyte arrangement for activating and controlling liver regeneration process. In preliminary study, we have established spatiotemporal relationships of major events during liver regeneration. We found the up-regulations of adherens junction and tight junction control accurate arrangement of hepatocytes in co-activation with some key growth factor such as IGF2. Our proposed study will elucidate the mechanism of extracellular matrix remodeling in regulating hepatocytes proliferation and accurate arrangement into sinusoid. In addition, our study will supply new information for application of liver regeneration into future clinic and for finding the targets of drug in screening to control liver regeneration. This work will also help the studies of mechanisms and treatments of hepatocyte proliferation disorder, as well as un-controlled proliferation of liver cancer cells.

肝再生是肝脏在机械损伤、中毒或病毒引起的损伤后，组织修复和功能恢复的过程。该过程的活动主要包括肝脏细胞增殖和增殖细胞在精细的时空调控下进行的有序排列。细胞外基质重塑参与其中并承担重要调控作用。受原有的肝切再生模型的限制，先前的研究无法深入探讨生理和病理肝损伤后的再生机理。本课题将利用Fah-/-肝衰竭小鼠的肝实质细胞移植模型，研究亚急性肝损伤引起的肝再生中决定增殖肝实质细胞在组织中正确排列的时空调控机理，探讨细胞外基质重塑如何通过生长因子调控肝实质细胞增殖，如何通过细胞间连接实现对肝实质细胞正确排列的调控。前期研究结果表明细胞外基质重塑参与调控IGF2等关键生长因子及肝脏结构重建的时空行为。在此基础上，本课题的研究将进一步阐明肝再生过程中细胞外基质重塑、肝实质细胞增殖和有序排列之间的调控机理。研究结果将有助于为肝再生药物的筛选提供新的靶标，也有助于研究肝癌细胞无序增殖的机理。

项目的背景：肝再生是肝脏在机械损伤、中毒或病毒引起的损伤后，组织修复和功能恢复的过程。该过程的活动主要包括肝脏细胞增殖和增殖细胞在精细的时空调控下进行的有序排列。细胞外基质重塑参与其中并承担重要调控作用。受原有的肝切再生模型的限制，先前的研究无法深入探讨生理和病理肝损伤后的再生机理。本课题将利用Fah-/-肝衰竭小鼠的肝实质细胞移植模型，研究亚急性肝损伤引起的肝再生中决定增殖肝实质细胞在组织中正确排列的时空调控机理，探讨细胞外基质重塑如何通过生长因子调控肝实质细胞增殖，如何通过细胞间连接实现对肝实质细胞正确排列的调控。.研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义：1、我们开发了30种透明质酸及甲基纤维素的衍生物用于肝细胞体外传代培养并检测细胞增殖速度、细胞形态以及肝功能基因表达水平。经过研究，我们发现HA-2TEA对肝细胞长期培养和功能维持具有显著的促进作用。2、我们首先建立了部分肝切除（PHx)和单次高剂量四氯化碳诱导的急性肝损伤模型，以及重复给药低剂量四氯化碳和Fah基因缺失诱导的慢性肝损伤小鼠模型。我们发现胰岛素样生长因子2（IGF-2）在酪氨酸血症或低剂量CCl4长期给药引起的慢性肝损伤后被大量诱导。然而，在PHx或单次给药高剂量CCl4的小鼠急性肝损伤早期没有观察到这种现象。值得注意的是，无论是在Fah-/-小鼠还是CCl4长期给药引起的慢性肝损伤后，大多数IGF-2主要是由中央静脉周围的肝实质细胞所表达的。诱导的IGF-2过表达可显著促进肝细胞增殖，而腺相关病毒介导的IGF-2敲低或IGF-2信号传导抑制剂linsitinib可抑制其增殖。体内增殖的肝细胞通过胰岛素受体和IGF-1受体对IGF-2作出反应。IGF-2对体外培养的原代肝细胞DNA合成也有明显的促进作用。最后我们在肝纤维化患者肝组织中发现IGF-2与谷氨酰胺合成酶在增殖肝细胞富集区发生共定位。