原代肝细胞是从动物肝脏中提取并立即进行培养的一类肝细胞。这些由成人原代肝细胞（adult primary human hepatocyte, PHH）分化培养得来的类器官，由于保留了体内的生理环境、肝细胞的完整形态及其生理功能，通常被认为是体外药物代谢实验与肝细胞培养的“金标准”。这种模型对于药物代谢、毒性、病毒感染及遗传疾病的研究具有重要意义。
然而，体外培养的PHH通常只能维持几天的代谢活性，随后便会去分化并凋亡。为了解决这一问题，研究人员不断探索各种替代方法。例如，采用胶原层或Matrigel进行原代肝细胞的二维“三明治培养”，或者与肝脏非实质细胞进行共培养，但结果并不理想。此外，源自癌细胞系的肝细胞虽然具有增殖能力，却缺乏正常肝细胞的关键特征。
在2013年，荷兰的一个研究团队通过向培养系统中添加肝细胞生长因子（HGF）、表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）等，成功建立了以小鼠为来源的肝脏类器官体系。然而，许多药物在动物模型和临床的表现仍存在较大差异。人源多能干细胞或胎儿肝细胞（human fetal hepatocytes, FH）所构建的模型，同样发现了其与PHH存在显著不同的特性，如巨噬细胞招募因子及抗纤维化M2巨噬细胞极性因子的高表达。
2024年5月13日，来自荷兰乌特勒支大学的“类器官之父”Hans Clevers教授带领的团队在期刊Nature Communications上发表了题为“Mapping of mitogen and metabolic sensitivity in organoids defines requirements for human hepatocyte growth”的研究论文。研究团队通过追踪人类来源成人肝细胞培养中的时间转录组及表型变化，首次发现基于成人肝细胞的类器官培养中存在增殖启动与脂质代谢抑制的缺失。并且，在补充IL6和FXR等生长因子后，表现出成年肝细胞特征的类器官可在体外培养长达四个月，这为基于PHH的类器官培养提供了新的思路。
研究团队观察到来自两个供体的FH在播种后三天内成功形成小型类器官，并通过荧光鉴定确认了甲胎蛋白和白蛋白等肝细胞特异性蛋白的存在，然而发现胆管细胞却缺失。根据时间分辨的转录组数据，研究人员将相关基因分为七个簇，其中基因簇2与细胞的增殖和DNA复制相关，基因簇7则与脂质代谢过程相联系。为进一步探索肝细胞中的动态变化，研究人员获取单细胞FH并进行了类器官再生的早期转录组观察，结果与之前保持一致。
研究还发现，在培养初期，单个FH表现出脂肪积累而不进行复制，48小时内完成第一轮分裂，脂质表型在此时间点同步消失。最终，在培养三天后，无脂质的多细胞FH类器官得以形成。这一现象显示出脂质代谢信号与生长相关信号的紧密关联。
在研究过程中，基因簇2中的Wnt被认为在细胞增殖与分化中起深度参与作用。移除Wnt信号通路激活剂RSPO1并未显著影响类器官生长，但移除CHIR后，FH类器官则会迅速凋亡。此外，通过添加cAMP激活剂forskolin（FSK）和糖皮质激素类似物地塞米松（Dex），促进了胆管细胞类器官的生长，肝细胞类器官则表现出多角形形态和体积增大等成熟特征。
本研究发现不同细胞因子，如NRG1、IL6和IL11，显著促进FH类器官生长。值得注意的是，在探索FH类器官机制后，研究团队观察到PHH的转录组图谱与FH类器官存在显著差异。PHH在产生小型类器官后停止增长并无法恢复，同时基因簇2和7的表达水平在传代后保持平稳，显示增殖与脂质代谢无法重启。经典衰老标志物CDKN1A（p21）的发现，进一步证实了体外培养的PHH已进入生长停滞状态。
为通过FH类器官培养的发现进一步优化PHH的培养条件，研究者尝试添加相似的生长因子。其中，仅有IL6对PHH类器官表现出显著激活效应，观察到明显的类器官直径增加。IL6源自在巨噬细胞、T细胞及B细胞等细胞中，深度参与多种细胞的生长、分化及免疫反应。此外，研究发现IL6的血液水平在某些肝脏手术后迅速增加，并显著影响肝脏再生的效果。
为了提高PHH类器官的发育，研究团队还添加了FXR激动剂，以抑制脂质积累，并通过引入Noggin抑制潜在的衰老标志物p21，实现了PHH类器官的有效培养。最终，优化的培养基方案被验证可持续扩增PHH类器官至少四个月。
综上所述，本研究通过对FH类器官培养中时间转录组及表型变化的追踪，发现肝细胞增殖需求与脂质代谢抑制的同步性。在模拟优化PHH类器官的培养条件时，通过IL6促进增殖启动、FXR抑制脂质代谢、Noggin辅助分化，成功实现了PHH类器官在体外培养四个月的阶段性成果。此外，单细胞RNA测序验证了其成年肝细胞身份。这一发现揭示了肝细胞从发育至成年在增殖与代谢上的重要差异，为未来基于PHH类器官的构建提供了重要依据。
研究团队也特别指出，当前肝细胞的捐赠者数量有限，且年龄偏低，未来需要在更广泛的人群中进行个性化测试，以确保药物应用的普适性。
在当前的生物医疗领域，尊龙凯时致力于推动肝细胞相关研究的进步，提供更为广泛的科研支持与产品应用。随着科学技术的发展和研究的深入，未来基于肝细胞的各类应用将不断拓展，期待为更好的人类健康服务。