肝類器官
肝臟在調(diào)節(jié)能量平衡和藥物代謝過程中起著重要的作用，它能產(chǎn)生包括膽汁在內(nèi)的人體所需的數(shù)千種物質(zhì)和酶，并能解毒各種有毒物質(zhì)。藥物引起的肝中毒與肝的代謝密切相關(guān)，肝臟研究一直是專家們研究的熱點。
雖然肝臟細胞在人體內(nèi)再生能力不受限制，但如果脫離人體環(huán)境只能存活2-3天，肝細胞獨特的再生功能也會消失。隨著細胞生物學(xué)的迅速發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)3D培養(yǎng)體系可以顯著促進肝細胞體外成熟功能，提供了肝細胞的空間位置、壓力信號和基質(zhì)粘附信息，在肝細胞的生存和功能中起重要作用。
肝臟類器官能更好地模擬肝臟的代謝和合成功能，如糖原代謝、脂質(zhì)代謝、類固醇代謝、藥物代謝、白蛋白分泌、尿素合成等，并能高度表達肝細胞相關(guān)藥物代謝酶、核受體和肝臟特異性標(biāo)志物，例如ALB, AAT, HNF-4α, HNF-3β等。
圖1. 腎類器官的應(yīng)用
1、肝臟類器官的研究
來自健康供體的肝臟類器官是了解肝臟發(fā)育和再生等肝臟生物學(xué)過程、模擬肝癌和其他肝臟疾?。ㄈ缏院瓦z傳性疾病）以及應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)（包括藥物反應(yīng)和移植）的理想模型。基因編輯、病毒感染和藥物引入肝臟類器官可以模擬疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。正常肝臟類器官是臨床藥物篩選、轉(zhuǎn)化研究以及解毒和代謝研究的理想模型。來自患病樣本的類器官，包括癌癥類器官，概括了患者的原始特征。
| 肝類器官的來源 | 作用 |
|---|---|
| iPSC | 分泌白蛋白，藥物代謝強 |
| MSC | 肝臟標(biāo)志化合物的早期表達 |
| iPSC, matrix cell | 肝臟特異性基因表達，白蛋白和尿素分泌，細胞色素P450活性 |
| iPSC, SWISS, 3T3 cell | 肝細胞相關(guān)基因表達、白蛋白分泌、尿素生成 |
| MSC, HUVEC | 肝臟特異性基因表達及白蛋白分泌 |
| Hepatocyte | 白蛋白分泌，肝臟特異性基因高表達 |
| Hepatoma carcinoma cell, MSC, HUVEC | 肝臟特異性基因的高表達和尿素的形成 |
| iPSC, MSC, HUVEC | 白蛋白、管狀蛋白和其他與緊密連接相關(guān)的功能標(biāo)志物的高表達 |
| Hepatocyte, MSC, HUVEC | 肝臟特異蛋白表達及白蛋白分泌 |
| Hepatocyte, MSC, colon cancer HCT116 cell | 白蛋白分泌，尿素生成 |
| Hepatoma carcinoma cell | 血管生成生長因子高表達 |
2、肝細胞研究進展
2013年，Takebe等人使用 iPSC 產(chǎn)生的類肝細胞與人的臍靜脈內(nèi)皮細胞一級人骨髓間充質(zhì)干細胞在 Matrigel 涂層板上共同培養(yǎng)，生成類似于人肝芽組織的 3D 聚合物，這是 iPSC 衍生的的第一個肝細胞類器官原型。 2013 年，Hans Clevers 等人對人類肝臟類器官進行了首次研究。他們發(fā)現(xiàn)，通過激活Wnt信號通路，利用Lgr5+肝干細胞，可以成功構(gòu)建肝類器官。并通過分化和移植實驗證明這些肝臟類器官具有肝細胞的功能活性[1]。構(gòu)建的肝臟類器官雖然只具備肝臟的部分基本功能，但為后續(xù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
2016年，馬宣義等利用3D生物打印技術(shù)構(gòu)建了ipsc衍生的肝類器官[2]。
肝癌類器官于 2017 年應(yīng)用于疾病建模和藥物篩選 [3]。肝臟是一個功能復(fù)雜的多細胞器官，單細胞類器官不能完全概括肝臟功能。 2017 年，Guan 等人。首次使用 iPSCs 實現(xiàn)肝膽細胞的共分化，從而產(chǎn)生肝膽類器官。在同一時期，Laura Broutier 等人。從肝癌患者的肝癌組織中成功培養(yǎng)出8個原發(fā)性肝癌（PLC）類器官。該模型不僅可以包含親本腫瘤的組織結(jié)構(gòu)、表達譜、基因組譜系和體內(nèi)致瘤性，還可以作為生物標(biāo)志物鑒定和藥物篩選的模型。它直接表明類器官可用于識別肝癌新治療靶點的基因和潛在預(yù)后價值。
2018年，胡等人利用原發(fā)性肝組織培養(yǎng)具有小膽管結(jié)構(gòu)的肝臟類器官。同年Sandro Nuciforo 等人成功從晚期肝癌患者穿刺樣本中培養(yǎng)出肝癌類器官，并在連續(xù)培養(yǎng)32周后成功鑒定[4]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)肝癌類器官仍保持原發(fā)腫瘤的基因組特征和遺傳異質(zhì)性。
2019 年，Takebe 等人在國際上首次利用iPSC成功構(gòu)建了肝臟、胰腺和膽管三個相互連接的類器官，為研究人體器官早期形成復(fù)雜的相互作用過程提供了可能[5]。 2019 年，Sun等人使用具有滅活 p53 和 Rb 的重組人干細胞培養(yǎng)具有肝臟結(jié)構(gòu)和功能的類器官[6]。并且通過基因工程技術(shù)觀察到c-Myc的過度表達會導(dǎo)致肝臟類器官的致癌作用。通過分析人類肝內(nèi)膽管癌細胞中的富集突變，他們證明聯(lián)合抑制 Notch 和 JAK-STAT 可防止 RAS 誘導(dǎo)的肝細胞向肝內(nèi)膽管癌細胞的轉(zhuǎn)變。
2020年，關(guān)等人通過肝臟類器官建模，確定了一種對早期肝臟發(fā)育至關(guān)重要的途徑，即磷脂酰乙醇胺生物合成 [7]?；谶@一發(fā)現(xiàn)，他們研發(fā)了一種治療原發(fā)性肝癌的新型聯(lián)合藥物。
4、腸道疾病研究靶點
參考文獻：
[1] Meritxell Huch, Craig Dorrell, Hans Clevers, et al. In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration [J]. Nature. 2013 Feb 14; 494(7436): 247–250.
[2] Ma Xuanyi, Qu Xin, Zhu Wei, et al. Deterministically patterned biomimetic human iPSC-derived hepatic model via rapid 3D bioprinting [J]. Proc Natl Acad Sci, 2016, 113: 2206-2211.
[3] Broutier L, Mastrogiovanni G, Verstegen MM, et al. Human primary liver cancer-derived organoid cultures for disease modeling and drug screening [J]. Nature Medicine, 2017, 23(12): 1424-1435.
[4] Sandro, N., et al. Organoid Models of Human Liver Cancers Derived from Tumor Needle Biopsies [J]. Cell Reports, 2018. 24(5): p. 1363-1376.
[5] Koike H, Iwasawa K, Ouchi R, et al. Modelling human hepatobiliary-pancreatic organogenesis from the foregut-midgut boundary [J]. Nature, 2019, 574(7776) : 112-116.
[6] Sun, L., et al. Modelling liver cancer initiation with organoids derived from directly reprogrammed human hepatocytes [J]. Nature Cell Biology, 2019. 21(8): p. 1015-1026.
[7] Guan Yuan, Chen Xinyu, Wu Manhong, et al. The phosphatidylethanolamine biosynthesis pathway provides a new target for cancer chemotherapy [J]. Hepatology, 2020, 72(4): 746-760.
