膽管細胞竟然也有兼職工作：直接變成肝細胞

膽管細胞竟然也有兼職工作：直接變成肝細胞

陳光風【原創】

（生物醫學評論研究所BMRI）

取一個吸引眼球的題目也確實並非我的風格和初衷，而且文中太多的整張圖片放進來說半天圖片中的內容也確實遠離了科普，一般人也難以耐下性子來看文章，看到最後往往也不知所云。然而，不把研究文章中的圖片放進來談一談就只做總結性概括又顯得空洞無物，並且不把原始研究中的圖片放進來看看又怎麼知道此研究是真是假呢？實在難以平衡這樣的關係，在此且不題。

說到細胞的兼職工作其實並非什麼新的花樣，人體中許多細胞除了干好本職工作之外，也會進行一些兼職工作，尤其是在一些極端情況下。舉個並不恰當的例子，這就好比軍營裡面的弓箭手，本職工作是射箭，但是外敵入侵，人手不夠的時候也可以兼職去修橋造路當工兵使用。儘管弓箭手從射箭工作變成了修橋造路，但本質上還是弓箭手，本質上還是士兵，弓箭手士兵職能的轉變也很常見，然而要是弓箭手在極端情況下比如將軍已經戰死沙場，其由於才能卓越當上了將軍，領導軍隊抗戰，從士兵變成了將軍，從專職工作變成了領導工作，這本質上發生了改變，這也算是並不尋常。

言歸正傳，最近，一組來自愛丁堡大學以及MIT等研究機構的科學家小組在國際權威期刊《Nature》雜誌報道了肝臟膽管細胞能夠在肝臟受到損傷之後轉變成肝細胞，尤其是當肝細胞因損傷不能夠分裂的時候【1】。大家都知道，肝臟可以說是身體各個組織器官再生能力最強的器官之一。肝臟的再生得益於肝臟細胞（Hepatocyte）的超強增殖能力（proliferation）以及肝臟幹細胞（liver stem cell）的增殖分化能力，能夠對受損的肝臟中的細胞，尤其是肝細胞進行有效的補充。然而，人們不經要問在肝臟受損之後，其再生除了肝臟細胞增殖以及肝臟肝細胞的分化補充受損組織之外，還有沒有其他的細胞也參與其中或者說其他細胞有沒有補充或分化成肝臟細胞的能力？生物體是相當複雜的，對於生命體而言，也許「一切皆有可能」，尤其是在一些極端環境或情況之下，生命體採取的生存策略、生存方式、應對極端情況的方式往往打破常規，讓人驚訝不已！

研究者們採用一種遺傳小鼠模型來開展實驗，這種遺傳小鼠叫「R26RLSLtdTomato」小鼠，tdTomato是一種常用的熒光蛋白，能夠在熒光顯微鏡下發明亮的紅光。之後，研究者們利用腺相關病毒AAV8.TBG.Cre注射到這種小鼠模型中，這裡需要科普一下的是AAV 8型對於肝臟的感染尤其是肝臟中的肝細胞具有相當高的特異性，而TBG啟動子又是肝臟特異性的啟動子，因而，注射AAV8.TBG.Cre病毒之後，其特異性激活了這種遺傳模型小鼠的肝細胞的tdTomato表達，能夠高效地追蹤標記小鼠肝細胞（hepatocyte），凡是小鼠肝細胞在熒光顯微鏡下面就會顯示為紅色，肝臟中的其他類型的細胞則不會顯示紅色，這種技術能夠標記99.5%的肝細胞。研究者們在以前的工作中還證明了一件事情【2-3】，那就是注射AAV8.TBG.Cre病毒到「R26RLSLtdTomato」小鼠之後，一些小鼠的β1-integrin基因就被敲除了（可能是由於AAV8.TBG.Cre病毒帶有Cre酶的原因），而β1-integrin基因就被敲除的小鼠其肝細胞不再增殖，因此，就形成了兩種小鼠，一種是野生型的即β1-integrin基因未被敲除的小鼠，其肝細胞正常增殖，另一種是β1-integrin基因已經被敲除的小鼠，其肝細胞不會增殖。這就為研究哪些細胞為肝細胞的補充提供了來源奠定了研究基礎，為何？因為研究者們就可以採取策略，比如通過一些方法（如注射化合物DCC、硫代乙醯胺等）先造成小鼠的肝臟損傷，然後停止注射藥物，讓小鼠的肝臟恢復（recovery）正常，然後觀察β1-integrin基因敲除和不敲除（野生型）它們的肝細胞狀況。

確實，研究者們正是按照這樣的思路來進行研究的。研究者們分別採用三種方法來造成模型小鼠的肝臟損傷，包括DDC (3,5-diethoxycarbonyl-1,4-dihydrocollidine)造模、甲硫氨酸膽鹼缺乏飼料MCD（methionine- and choline deficient, MCD)造模以及TAA硫代乙醯胺造模，然後停止注射藥物，讓小鼠的肝臟恢復，在恢復到第14天的時候檢測兩組肝細胞情況。如下面的圖一所示，在肝臟損傷恢復第14天之後，小鼠肝臟細胞都得到了恢復，顯微鏡下的整個視野幾乎都布滿了肝細胞。β1-integrin基因未被敲除的小鼠其肝細胞都是由正常的肝細胞分裂增殖而來（整個視野布滿紅色的細胞），而β1-integrin基因未被敲除的小鼠其肝臟組織只能見到一部分紅色的細胞，這部分細胞由其他正常的肝細胞增殖分裂而來，但是，另外的肝細胞（下面一排圖中的暗色部分或者綠色部分的細胞）是從哪裡來的呢？或者說是其他什麼細胞分裂而來的呢？這就是一個重要的問題。

圖一（Alexander Raven等，Nature，2017）

有人說不是有肝臟幹細胞（liverstem cell）嘛，這部分幹細胞也可能分化成肝細胞撒。確實，也是有這種可能的（研究者們貌似在論文中沒有探討這方面，這不得不說是一個遺憾）。研究者們懷疑可能還有其他的類型的細胞變成肝細胞，比如膽管細胞（Cholangiocyte）。那麼，如何來檢驗是不是膽管細胞變成了肝細胞呢？

研究者們繼續採用遺傳小鼠模型來研究，這回採用的是「CK19CreERTtdTomatoLSL」這種小鼠，其特點為可以標記40%左右的肝臟中的膽管上皮細胞，可以用來追蹤肝臟中膽管上皮細胞以及由膽管上皮細胞分化而來的細胞，即凡是由膽管上皮細胞分化而成的細胞均會在熒光顯微鏡下顯示出紅色。但是，由於肝臟本身存在的肝細胞也會增殖，因此，需要發明一種方法來抑制肝臟受損之後本身的肝細胞分裂，於是，研究者們通過AAV8病毒介導P21基因在肝臟細胞中表達來實現阻止肝細胞增殖的目的。這樣，當肝臟受到藥物損傷，然後停止注射藥物，肝臟恢復（recovery）正常，而此時肝臟本身的肝細胞無法增殖，那麼肝臟是如何獲得肝細胞補充的呢？所以，如下面的圖二中右邊這一列所示（AAV8-p21），紅色的部分表示肝臟膽管上皮細胞及其分化而成的細胞，綠色部分表示成熟的肝細胞，而顏色疊加部分的細胞（紅色和綠色均顯示）則說明是肝臟膽管上皮細胞及其分化而成的肝細胞，因為通過表達p21基因阻止了本身肝細胞分裂增殖。

圖二（Alexander Raven等，Nature，2017）

總結起來，本研究說明在肝臟受到損傷，尤其是肝細胞不再增殖的極端情況下，膽管上皮細胞能夠轉分化成為肝細胞。當然，儘管本研究數據夯實，仍然還需要進一步研究，尤其是對於肝臟幹細胞是否參與這一過程分化成肝細胞未能明確，因為研究中採用的兩種阻止肝臟本身的肝細胞增殖的方法均不能夠消除肝臟肝細胞分化成肝臟細胞這一過程。

參考文獻：

2. Raghavan, S., Bauer, C., Mundschau, G.,Li, Q. & Fuchs, E. Conditional ablation of β 1 integrin in skin. Severedefects in epidermal proliferation, basement membrane formation, and hairfollicle invagination. J. Cell Biol. 150,1149–1160 (2000).

3. Speicher, T. et al. Knockdown andknockout of β 1-integrin in hepatocytes impairs liver regeneration throughinhibition of growth factor signalling. Nat. Commun. 5, 3862 (2014).

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