组织再生过程中新生细胞的来源主要分为两种，一种是来自于成体干细胞自我扩增并分化，另一种是来自于原先存在的已分化的细胞【1】。前者成体干细胞研究中发现其能分化形成新的成熟组织细胞是再生所必需，而后者相关的研究领域发现，已分化的细胞也可以经历一个细胞属性转变的过程贡献组织的再生，并且在多个组织中都有发现，例如肺、小肠、胰腺和肝脏。细胞属性的转变，通常指一种细胞类型丢失原先的分化属性，转变为另一种分化属性的细胞，这个过程根据转变的最终细胞属性有多种称谓，例如去分化 (Dedifferentiation)，转分化 (Transdifferentiation)，化生 (Metaplasia)【2】。

发育及再生过程中的细胞属性转变【2】

肝脏损伤下的细胞来源一直是领域内研究的一个重要方向，而目前研究领域认为稳态的肝脏内不存在肝干细胞，新生肝细胞主要是来自于已分化的肝内上皮细胞，包括肝细胞 (Hepatocyte) 和胆管细胞 (Cholangiocyte)【3】。惠利健团队长期致力于探索肝脏再生过程中的细胞属性的转变，前期与谢渭芬课题组合作研究发现在长期的慢性肝损伤条件下，肝细胞再生能力受到抑制，新生肝细胞可以从胆管细胞转分化形成【4】，揭示了胆管细胞的可塑性对于肝脏损伤修复具有重要的意义，但是由于胆管细胞转分化是长期极端条件下才出现，从而一定程度上限制了相关机制的研究。而在另一些肝脏损伤条件下，肝细胞自身也表现了高的可塑性，可以通过重编程去分化形成Sox9+的类肝前体细胞 (Liver progenitor-like cells, LPLCs)，这些细胞具备再分化形成肝细胞和胆管细胞的能力，从而贡献肝脏的再生【5】。肝细胞的重编程现象在损伤状态下即可被大量诱导，发生较为普遍，并且在人类病理样本中也都有发现【6】。因此，研究肝细胞重编程相关的机制，对于开发通过诱导肝细胞去分化来治疗肝脏疾病相关药物，具有重要的理论意义。

肝脏再生过程中的细胞属性转变【3】

然而，领域内对于肝细胞重编程的机制研究仍不清晰。惠利健团队前期与李亦学团队合作的工作证明，重编程的内在基础是受到Arid1a调控，Arid1a预先开放了成熟肝细胞中重编程相关基因的染色质，赋予了成熟肝细胞可以响应损伤信号发生重编程的潜能 (Reprogramming competence)，为重编程的发生提供了丰富的“土壤”【7】。而对于重编程发生的外源信号的探索，相关研究认为肝细胞内激活的Notch【6】, YAP【8】, Wnt【9】, TGF-β【10】信号通路起着重要作用。然而，这些研究主要是靠肝细胞内过度激活信号通路完成，未对肝脏损伤微环境进行探索，无法明确外源信号的来源及各自的贡献。其次，有些信号是在健康肝脏和损伤肝脏中都存在，无法解释肝脏损伤特异出现的重编程现象。损伤下肝细胞重编程发生通常是在一个特定的区域内，因此，这些损伤外源信号应该也存在特异的区域分布。除此之晚，胚胎发育基因通常也在成体组织修复中被重新激活利用【11】，肝细胞去分化重新激活了胚胎发育时期的基因，损伤信号通过怎样的转录调控机制激活胚胎发育基因，仍然值得进一步的研究。

2023年2月13日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心惠利健研究组与中国科学院上海营养与健康研究所李虹研究组和李亦学研究组合作在Cell Stem Cell上发表了研究文章Kupffer cell-derived IL-6 is repurposed for hepatocyte dedifferentiation via activating progenitor genes from injury-specific enhancers。这项机制研究揭示肝脏损伤下，驻留Kupffer细胞分泌的炎症信号IL-6诱导了肝细胞的去分化并表达前体基因。信号转导机制上，IL-6是损伤特异的信号，该信号通过肝细胞表达的受体IL6R/gp130能直接激活肝细胞STAT3信号通路诱导肝细胞去分化。转录调控机制上，STAT3作为转录因子能结合在损伤特异的增强子上，促进了肝前体基因的表达，展现出了损伤特异的而非发育相关的转录调控机制。

在该研究中，惠利健组研究人员先利用单细胞测序的手段，解析了健康的肝脏和损伤肝脏里的肝细胞不同亚群的表达谱，鉴定到损伤出现的Sox9+ LPLCs。LPLCs的特征基因同样在肝胚胎发育过程中高度富集，说明肝细胞去分化重新激活了胚胎发育时期的基因。通过伪时间分析，结合单样本GSEA富集分析，研究人员解析了从正常肝细胞转变到LPLCs过程中激活的信号通路，发现免疫信号通路在转变过程中高度激活，并且免疫信号通路的激活程度与重编程轨迹呈正相关。接下来，研究人员对肝脏的不同种类的免疫细胞进行了敲除，发现敲除巨噬细胞能够显著抑制LPLCs的出现，而敲除适应性免疫细胞以及NK细胞和粒细胞对LPLCs出现无明显作用。由于肝脏损伤下，巨噬细胞存在异质性，按照来源分主要分为两种，一种是胚胎发育时期来源的Kupffer细胞 (KCs)，另一种是损伤下招募的单核来源的巨噬细胞 (MoMFs)。研究人员通过对巨噬细胞进行单细胞测序，解析了肝脏损伤下巨噬细胞的异质性，并利用巨噬细胞谱系特异性敲除的动物模型，发现KCs是LPLCs出现所必要的，而阻断MoMFs对LPLCs出现无影响。

紧接着，为了研究KCs调控LPLCs的分子机制，研究人员对KCs特异分泌的因子进行体内过表达筛选，发现KC特异表达的IL-6可以在无损伤的肝脏内诱导LPLCs出现，具体机制是结合肝细胞IL6R/gp130受体，其下游是通过STAT3信号转导实现。最后，为了研究STAT3调控重编程基因表达的分子机制，研究人员利用ChIP-seq技术证明了STAT3能够结合到重编程相关基因的位点。这些位点是受Arid1a调控并预先开放的染色质区域。这些位点同样具有更高的H3K27ac (增强子) 的修饰，体内的报告系统实验也揭示STAT3能结合到增强子区域，促进下游基因的转录，展示了转录激活的能力。由于LPLCs的特征基因也包含了胚胎发育时期基因，有趣的是，研究人员发现胚胎发育过程中STAT3并未激活，组蛋白H3K27ac修饰在LPLCs相关的增强子也未活化，说明了肝脏损伤下IL-6/STAT3信号是结合了损伤特异的增强子诱导了前体基因的表达。

Kupffer细胞来源IL-6通过损伤特异增强子诱导肝细胞去分化机制

综上所述，本研究揭示了肝脏损伤下驻留巨噬细胞的炎症信号通过损伤特异的转录调控模式诱导肝细胞去分化的机制，该机制为探索诱导体内重编程的因子，开发治疗肝脏疾病相关药物，奠定了重要的理论基础。

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士李露 (已毕业)，在读博士崔磊和中国科学院上海营养与健康研究所博士后林平为该论文共同第一作者，惠利健研究员，李虹研究员和李亦学研究员为该论文通讯作者。

温馨提示：本实验室常年招聘副研和博后。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.01.009

制版人：十一

参考文献

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7. Li, W., et al., A Homeostatic Arid1a-Dependent Permissive Chromatin State Licenses Hepatocyte Responsiveness to Liver-Injury-Associated YAP Signaling.Cell Stem Cell, 2019. 25(1): p. 54-68 e5.

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11. Goldman, J.A. and K.D. Poss, Gene regulatory programmes of tissue regeneration.Nat Rev Genet, 2020. 21(9): p. 511-525.

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