利用小分子化合物优化并诱导向成熟人体肝细胞的转分化

Nowadays liver diseases are seriously threatening public health worldwide, especially in China. Liver transplantation is the only effective treatment for such diseases at the end stage. However, livers available for transplantation are quite limited, far exceeding the huge demand currently. As a potential solution, somatic reprogramming allows generating hepatocytes from another type of cells. In a recent publication, we obtained human hepatocytes from fibroblast using a direct transdifferentiation strategy, which is induced by ectopic expression of Oct4, Sox2 and Klf4 and coaxed with elaborate sequential culture conditions. But the current protocol can only induce time-consuming and low efficient transdifferentiation and produce immature hepatocytes with safety concerns raised by transgenic approach. Here we will employ small molecule approach to improve this transdifferentiation, ultimately leading to small-molecule-induced generation of mature hepatocytes in a rapid and efficient manner.

当前，肝脏疾病在世界范围内，特别是在我国，严重威胁着公众健康。在临床上，通过肝脏移植可以有效治疗终末期肝脏疾病。然而，可用于移植的肝脏来源十分有限，无法满足目前的需要。随着体细胞重编程技术的发展，以此手段获得肝细胞，有望成为一条解决之道。在最近发表的研究成果中，我们通过在人成纤维细胞中表达Oct4、Sox2和Klf4，并利用适当的培养条件加以诱导，能够改变细胞的命运，使其直接转分化成肝细胞。但这一过程时间长、效率低，所获得的肝细胞成熟度低，而且还使用了不利于未来临床应用的转基因技术。为了解决这些问题，我们将在本项目中利用化学生物学方法，特别是使用小分子化合物，从加快速度、提高效率、提高成熟度和单纯使用小分子化合物诱导这四个方面，优化这一转分化过程。

人原代肝脏细胞是临床治疗和基础研究中的重要资源，但由于来源有限以及体外培养的苦难，其应用也被大大限制。近年来，利用多能干细胞定向分化为肝脏细胞技术的成熟为解决这一问题带来了希望。然而研究发现这种分化产生的肝脏细胞在表型和功能上类似于胎儿肝脏细胞而非成体肝脏细胞，为此人们开展了大量的工作，但目前为止依然没有完美的解决方案。.在本项目的研究中，我们借助小分子化合物，诱导人多能干细胞分化产生的肝脏细胞循着体内成熟的路径诱导其在体外成熟。我们首先利用生物信息学分析，发现小鼠肝脏在出生后发育、成熟的过程可以划分为三个阶段，并通过集成分析法描绘了各阶段的特征；然后我们将集成预测法和高通量小分子化合物筛选结合在一起，发现了一系列可以促进肝脏细胞在体外成熟的因子；通过候选因子的组合和优化，我们发现先后使用6C小分子化合物组合和3C小分子化合物组合处理，可以诱导肝脏细胞的成熟。进一步的研究发现，这些诱导后成熟的肝脏细胞在细胞形态、基因表达和特异性功能上都与原代肝脏细胞非常接近；同时，它们能够在移植后显著改善慢性肝损小鼠的存活率，并用于构建乙型肝炎的疾病模型。 另外，我们还发现6C小分子化合物组合能够抑制原代肝脏细胞在体外培养时发生的脱分化。.在本项目的资助下，我们开发了一套利用小分子化合物诱导肝脏细胞成熟的方法。作为本领域一项突破性研究成果，我们的工作为进一步揭示调控肝脏细胞成熟的分子机制奠定了良好的条件，同时也为开发出更完美的、满足临床需求的诱导方法提供全新的思路和借鉴。