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为解决供体器官的不足,以细胞移植为基础的替代疗法已成为治疗不可逆肝脏疾病新的希望。肝前体(干)细胞(Hepatic progenitor cellS,HPCs)和胚胎干细胞(embryoic stem cells,ES)由于其特殊的细胞特性已成为细胞替代治疗理想的种源细胞。然而一方面包括人在内的灵长类动物的正常成体肝来源的HPCs的分离依然是很困难的;另一方面,ES细胞来源的肝细胞和胆管细胞的生成效率依旧很低。因此有必要建立稳定的高效的灵长类动物HPCs细胞分离培养体系及ES细胞的肝细胞或胆管细胞分化体系以满足供体细胞的不足;这种体系的建立还有利于研究肝细胞生物学如分化机制、自我更新机制等方面的重要基础问题。
本研究以猕猴为实验模型,研究了正常成体肝来源的猕猴HPCs分离、纯化的条件,系统地鉴定了猕猴HPCs的细胞特性和体内、外分化潜能,并评价了体内移植效果。同时以rES为材料,建立了rES高效分化为限定性内胚层(definitive endoderm cells,DE)和胆管上皮细胞的分化体系。主要实验结果包括:1): FBS、EGF、HGF及rat tail collagen(鼠尾胶原)是分离培养正常成体猕猴来源的肝上皮前体细胞(rhesus monkey liver epithelialprogenitor cells,mLEPCs)所必需的,mLEPCs在此培养体系中至少可以扩增20代或5个月以上,并仍然保持原有的细胞特性;mLEPCs呈现典型的上皮细胞形态,并表达HPCs细胞特有的表达模式即同时表达肝细胞和胆管细胞相关基因(ALB,APOH,CX43,IB4)或蛋白(CK7,CK8,CK18);在适宜的分化体系下,mLEPCs可分化为功能性的肝细胞,形成具有胆管上皮细胞的胆管样结构,并能转分化形成肌肉样细胞、肌样成纤维细胞及少突样细胞;移植入肝损伤的免疫抑制的小鼠体内后,mLEPCs能参与受体肝组织的再生,并能分化成ALB阳性的肝细胞;体内定位发现mLEPCs与胆管区的细胞有相似的免疫原性,提示mLEPCs可能来源于胆管区。2):rES在高浓度的acitvin A(100ng/ml)和低浓度的血清(1%)单层诱导体系下可定向分化得到高比率的限定性内胚层细胞(definitiveendoderm cells,DE细胞)(约80%);高比率的DE细胞的得到还与rES细胞的接种密度相关;BMP4和FGF1可诱导DE细胞高效向胆管上皮细胞分化(约90%),但并不能得到肝细胞;而Notch信号通路可维持DE细胞的存活,并决定着DE细胞向胆管细胞分化,在Notch信号通路失活的情形下,即使存在BMP4和FGF1都不能促使DE细胞向胆管细胞分化。
本实验首次成功建立了正常猕猴成体肝HPCs分离培养体系,证实了分离得到的猕猴肝上皮前体细胞不但具有正常HPCs的增殖活力和参与受体肝组织的再生能力,而且还具有三个胚层的分化潜能,这一结果将为以HPCs为基础的细胞替代治疗人类肝脏疾病的实现提供了可能,并首次证明了HPCs也可以像某些少数成体干细胞一样具有三个胚层得分化潜能。此外,本研究建立了rES高效定向分化为DE细胞和胆管细胞的分化体系,这一方法的建立将促进灵长类动物的DE细胞的发育机制研究,同时也可为高比率的内胚层功能细胞(如胰岛细胞、肝细胞、肺细胞)的获得提供丰富的种源细胞和平台。