Cell Stem Cell：添加甲状腺激素T3可让人多能性干细胞在体外分化的肝细胞变得更为成熟

干细胞是多能性的，身体中的每一种细胞类型---从神经元到皮肤细胞再到血细胞---最终都是由它们分化而来。科学家们还弄清楚了如何在实验室中把干细胞变成不同的细胞类型，这对研究正常细胞背景下的健康和疾病很有帮助，并可产生用于医疗移植的细胞。怀特黑德研究所创始成员Rudolf Jaenisch不仅在他的研究中使用这些细胞，而且在其职业生涯的大部分时间里，发现并改进了利用干细胞衍生的细胞构建精确实验室模型的方法。

Jaenisch实验室正在关注的一个挑战是如何消除身体中的细胞类型与干细胞衍生的等效物之间的差异。特别是，他们发现干细胞衍生的细胞往往是不成熟的，更接近于在胎儿而不是成人中发现的细胞。这些差异会使得干细胞衍生性细胞成为不太准确的研究模型，并阻止它们成为医学上有用的功能性移植细胞。体内的干细胞在转化为不同的细胞类型时，会接收到一系列复杂的分子信号。人们面临的挑战是弄清体内众多分子信号中哪些是相关的，然后在它们的体外再现中准确地获得分子配方。

在一项新的研究中，Jaenisch及其团队决定解决肝细胞的这个问题。他们发现了为何人多能性干细胞（human pluripotent stem cell, hPSC）衍生性肝细胞与胎儿肝细胞相似，以及需要什么使它们成熟，包括甲状腺激素在其中发挥的重要作用。相关研究结果于2022年4月21日在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“The nuclear receptor THRB facilitates differentiation of human PSCs into more mature hepatocytes”。

肝脏过滤所有通过消化系统进入身体的东西。它有助于储存和修饰营养物，安全地分解毒素和废弃物以及加工药物等。关于肝脏如何发挥功能以及与肝脏相关疾病中出现的问题，人们还有很多需要了解，而准确的hPSC衍生模型将有助于开展这方面的研究。治疗终末期肝病也需要肝细胞，如果科学家们能够大量产生可在成体肝脏中安全发挥功能的hPSC衍生性肝细胞，这将有助于满足肝细胞输注的需求。

在这项新的研究中，Jaenisch和论文第一作者、Jaenisch实验室博士后研究员Haiting Ma在两种环境下利用hPSC培育出肝细胞：典型的二维培养，即细胞在培养皿中生长；三维球状体，即从正常培养中开始的细胞被允许生长为三维的细胞球（球状体）。球状体可以经设计后用来模拟细胞自然环境的某些方面，而二维培养则不能做到这一点。在每一种情况下，他们都将hPSC暴露在精心设计的混合信号下，以促使它们转变为肝细胞。然后，他们分析了二维和三维培养物中的细胞，并将它们与来人体的原代肝细胞进行比较，通过使用多种技术寻找与DNA和基因表达有关的差异。他们发现，在三维培养系统中培养的细胞比二维系统中培养的细胞更接近于来自成年人体内的肝细胞。

Ma说，“这种三维培养不仅有助于肝细胞的成熟，而且还可以用来扩大细胞的生产规模，这对未来的细胞治疗可能非常有用。”

然而，这两组实验室hPSC衍生的肝细胞都缺乏成体肝细胞的重要特征。这些作者通过分析特别指出了一个重要的缺失因素：在成体肝脏细胞中，一种叫做甲状腺激素受体β（thyroid hormone receptor beta, THRB）的激素受体与DNA中的一些地方结合。然后，THRB感应到甲状腺激素的存在或不存在，并相应地调节多种基因表达过程。然而，他们发现，虽然hPSC衍生的肝细胞表达了适量的THRB，但是有些东西阻止了它与应该结合的地方结合并发挥它的功能。

正常情形下，THRB需要一个搭档来帮助它与DNA结合，这个搭档是甲状腺激素T3。当这些作者在他们的二维和三维培养中加入T3时，这导致了THRB更典型的结合，这反过来又使这些hPSC衍生性肝细胞---特别是在三维培养中---在许多方面更接近于成体肝细胞。改进的THRB结合增加了关键肝脏基因的表达，恢复了DNA中改变基因表达的调节元件的活性，并减少了一个胎儿肝脏基因的表达。他们还深入了解了与THRB发生相互作用的分子以及THRB影响肝脏成熟的机制，以便更好地了解THRB在肝细胞中的关键作用。

图片来自Cell Stem Cell, 2022, doi:10.1016/j.stem.2022.03.015。

总的来说，这项新的研究导致了在实验室中利用hPSC制造成体肝细胞的更好配方---使用三维球状体培养和添加T3。当用这种方法获得的hPSC衍生性肝细胞移植到小鼠的肝脏中时，这些细胞成功整合，而且肝脏长期保持正常功能。

这些新的改进的hPSC衍生性肝脏细胞仍然不与成体肝脏细胞完美匹配---这些作者对他们下一步可以解决哪些缺失的特征有想法---但是他们在这项新的研究中获得的hPSC衍生性肝细胞无缝整合到肝脏的能力，以及从分析中得出的指标表明，它们将是肝脏相关疾病的良好模型，它们有可能在多种项目中有用。

Jaenisch说，“随着我们提高hPSC衍生的细胞类型的真实性，我们为研究开辟了新的机会。我们可以构建更准确的模型，以便研究高影响力的疾病，如肝脏疾病、糖尿病和慢性病毒感染，而且利用这些模型，我们可以制定治疗和预防的策略。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Haiting Ma et al. The nuclear receptor THRB facilitates differentiation of human PSCs into more mature hepatocytes. Cell Stem Cell, 2022, doi:10.1016/j.stem.2022.03.015.

2. Thyroid hormone found to be a missing ingredient in lab-made liver cells
https://wi.mit.edu/news/thyroid-hormone-found-be-missing-ingredient-lab-made-liver-cells