三维基质刚度对肝星状细胞活化和逆转的原位调控及其力学生物学机制

Liver fibrosis is a worldwide disease with high incidence and high mortality. Hepatic stellate cells (HSCs) activation represents a critical event in liver fibrosis. Liver stiffness increases with the development of liver fibrosis. Study the interaction between liver matrix mechanics and HSCs is helpful to understand the activation mechanism of HSCs in vivo. However, most previous studies focused on the effects of matrix mechanics on HSCs in classical two-dimensional (2D) or quasi-three-dimensional (quasi-3D) environment, which can not represent the real situation in vivo. This project intends to decellularize the livers at different stages of fibrosis to form scaffolds with different matrix stiffness, which will be used to mimic the mechanical features of liver at different stages of fibrosis. The effects of 3D matrix stiffness on activation and reversion of rat primary quiescent or activated HSCs will be studied in vitro and gene silencing method will be used to study the regulatory role of integrin-YAP/TAZ-JNK cascade in this process. The aim of this project is to investigate the influences of 3D matrix mechanics on the fate of HSCs and its mechanism. This study attempts to provide a new approach to reverting activated HSCs to a quiescent-like phenotype or inducing them to undergo apoptosis by regulating the matrix mechanics. The results may provide new perspectives and therapeutic strategies for liver fibrosis.

肝纤维化是世界范围内高发病率与高死亡率的一种疾病。肝星状细胞(HSCs)的活化是肝纤维化过程中一个重要事件。伴随着肝纤维化病理程度的不断加重，肝组织刚度也不断增加。研究肝基质力学与HSCs的相互作用有利于了解HSCs在体内的活化机制。但目前研究基质刚度对HSCs的影响多集中在二维或准三维条件下，难以模拟HSCs在体内所处的真实三维力学微环境。本项目拟对不同程度纤维化肝进行脱细胞处理，形成模拟肝纤维化过程中不同基质刚度的三维肝支架。离体检测不同基质刚度脱细胞肝支架对大鼠原代静息/活化HSCs的活化和逆转等的影响，并利用基因沉默等方法探索整合素-YAP/TAZ级联反应在这一过程中的调控作用。通过研究三维基质力学状态对HSCs命运的影响及其内在机制，试图提出一种通过调控基质力学诱导活化的HSCs恢复静息状态或发生凋亡的新方法，以期为探索治疗肝纤维化新方法提供一个新的视角。

肝纤维化是世界范围内高发病率与高死亡率的一种疾病，严重威胁人们的生活质量。在肝纤维化过程中，肝基质变硬不仅是纤维化病理进展的结果，而且也是调控肝纤维化进展的重要原因之一。其中，肝星状细胞(Hepatic stellate cells, HSCs)的活化是肝纤维化过程中一个重要事件。该项目从生物力学的角度考察三维基质刚度在肝纤维化过程中对HSCs 活化、逆转等生物学行为的调控作用及其内在力学信号转导机制。研究内容主要包括体外构建和表征具有不同三维基质刚度的脱细胞肝支架；考察不同三维基质刚度脱细胞肝支架对原代大鼠静息/活化HSCs 的粘附、增殖、活化/逆转和凋亡等的影响以及考察三维肝基质刚度在原位调控HSCs 活化和逆转的力学生物学机制。研究结果证明通过对不同程度大鼠纤维化肝进行脱细胞处理，可以成功构建能够模拟肝纤维化过程中不同基质刚度的三维肝支架。细胞实验证明不同基质刚度的三维肝支架具有良好的细胞相容性，并能促进HSCs的黏附、增殖和细胞外基质的分泌等。进一步的研究还发现高刚度的脱细胞肝基质能够显著性的促进HSCs的活化，而这一过程也伴随着力学敏感蛋白YAP的入核及激活，证明了YAP/TAZ力学信号转导通路在基质刚度诱导的HSCs的活化中起到关键的调控作用。这些研究结果提示YAP可能作为治疗肝纤维化的潜在治疗靶点以及通过调控肝基质力学状态来诱导活化的HSCs恢复静息状态或发生凋亡的理论可行性，为探索治疗肝纤维化新方法提供一个新的视角。