Science子刊：人iPSC-肝脏类器官移植，治疗肝纤维化
Science子刊：人iPSC-肝脏类器官移植，治疗肝纤维化
肝移植是目前治疗终末期肝病的唯一方法，但供体器官严重短缺。类器官技术使用多能干细胞，特别是人诱导多能干细胞（hiPSC），为解决这一问题提供了新的可能。近日，日本研究团队在Science子刊发表重要研究成果，通过构建人诱导多能干细胞来源的肝脏类器官（hiPSC-LO）并移植到小鼠模型中，成功改善了肝纤维化症状。
目前，肝移植是终末期肝病的唯一治疗方法。然而，供体器官的严重短缺限制了有效治疗，因此迫切需要开发人类肝脏类器官移植作为器官移植的替代方案。
胚胎细胞和组织具有相当大的治疗潜力，然而，这些细胞和组织严重短缺，而且其获取存在伦理障碍。相比之下，类器官技术使用多能干细胞（PSC），包括人诱导多能干细胞（hiPSC），有可能产生无限量的人类胚胎样细胞和组织，从而解决组织或器官移植的短缺问题。
2024年7月24日，横滨市立大学、东京大学的研究人员在 Science 子刊 Science Translational Medicine 上发表了题为：Human iPSC–liver organoid transplantation reduces fibrosis through immunomodulation 的研究论文。
该研究通过将数百个人诱导多能干细胞-肝芽（hiPSC-LB）融合，构建出适合移植的较大的人诱导多能干细胞来源的肝脏类器官（hiPSC-LO），将其移植到免疫功能缺陷小鼠的肝脏后，可形成胆管和其他肝脏结构，以及人类器官和小鼠肝脏血管之间的连接。此外，这些移植物通过吞噬巨噬细胞极化部分逆转了化学诱导的肝脏纤维化，表明了hiPSC-LO移植是肝纤维化的一种有希望的治疗新选择。
此前，研究团队通过模拟早期肝脏发育过程生成了人诱导多能干细胞-肝芽（hiPSC-LB），将其植到患有亚急性肝衰竭的小鼠体内，提高了它们的存活率，这表明了类胚胎组织移植的治疗效果。若要将胚胎阶段器官发生的机制应用于成年人疾病的再生治疗，重点应放在胚胎器官中的细胞-细胞相互作用上，这会激活与细胞分化和血管生成相关的各种信号通路。
当建立血液灌注时，来自卵黄囊的造血前体细胞和源自主动脉、性腺及中肾区域的造血干细胞会迁移到胚胎肝脏，将胚胎肝脏转变为造血组织，其中造血细胞、肝祖细胞和间充质细胞之间的相互作用调节着它们的增殖和分化。例如，在肝母细胞、周细胞和星状细胞中Cxcl12的表达导致造血祖细胞在胚胎肝脏内的滞留。相反，造血祖细胞中的抑瘤素M表达有助于肝细胞成熟。此外，造血细胞彼此相互作用，例如巨噬细胞在成红细胞岛中形成一个生态位，并在成红细胞分化中发挥重要作用。
巨噬细胞在胚胎肝脏中积极增殖和分化，并参与肝纤维化的进展和恢复。在恢复阶段，巨噬细胞表达抗炎因子和基质金属蛋白酶（MMP），可降解胶原纤维并修复肝纤维化。
基于这些发现，在基础研究和临床研究中都尝试了巨噬细胞移植，以调节肝纤维化中的炎症。巨噬细胞分为M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞，其中，M1型巨噬细胞诱导炎症，从而促进组织损伤，而M2型巨噬细胞作为由IL-4/IL-13调节的2型免疫的一部分被激活，具有抗炎作用并参与组织修复。
最近基于单细胞RNA测序分析的研究已经确定了与纤维化/代谢功能障碍相关脂肪性肝病/脂肪性肝炎（MASLD/MASH）相关的巨噬细胞的分类，即所谓的瘢痕相关巨噬细胞或脂质相关巨噬细胞，它们表达Trem2、CD9和SPP1，然而，它们在肝纤维化中的作用存在争议。
胚胎肝脏中的巨噬细胞表现出类似于M2型巨噬细胞的特征，表明胚胎肝脏组织可以通过发挥免疫调节功能维持富含M2型巨噬细胞的微环境。为了成功治疗肝纤维化，必须确保产生并维持一个M2型巨噬细胞能够保留其抗炎功能以进行组织修复的微环境。
因此，像肝纤维化这样的炎症相关难治性疾病可能通过移植人诱导多能干细胞来源的肝脏类器官（hiPSC-LO）来治疗，其可以长期存活，并可能保留胚胎器官的免疫调节活性。
在这项新研究中，研究团队旨在探究胚胎肝脏移植作为肝纤维化治疗方法的有效性，并确定类胚胎肝脏的人诱导多能干细胞来源的肝脏类器官（hiPSC-LO）是否能成功模拟这一活性。具体而言，我该研究旨在确定是否可以通过体内hiPSC-LO诱导的M2型巨噬细胞极化改变肝脏微环境来改善肝纤维化。
研究团队展示了重现妊娠中期胚胎的hiPSC来源的肝脏类器官，当其被移植到肝脏纤维化大鼠模型的肝脏表面时，能促进新肝脏的生成，从而恢复肝功能。
研究团队发现，与成人肝脏相比，胚胎肝脏作为一种造血组织，高度表达巨噬细胞招募因子和抗纤维化的M2型巨噬细胞极化因子，由于CD163+ M2型巨噬细胞极化，导致纤维化减少。
接下来，研究团队通过将数百个人诱导多能干细胞-肝芽（hiPSC-LB）融合，构建出人诱导多能干细胞来源的肝脏类器官（hiPSC-LO），以诱导静态细胞-细胞相互作用，并发现这些在移植后包含复杂的结构，例如肝细胞、血管和胆管。这种融合使得能够生成适合移植到免疫缺陷的肝纤维化动物模型中的大的人体组织。hiPSC-LO与hiPSC-LB相比显示出更优越的肝功能，并且在移植后提高了存活率和肝功能。
hiPSC-LO移植可改善肝衰竭模型的肝功能和生存率
此外，hiPSC-LO移植通过免疫调节作用，特别是对CD163+ M2型巨噬细胞极化的作用，改善了化学诱导的肝纤维化，这是导致器官功能障碍的肝硬化症状。
hiPSC-LO移植通过调节巨噬细胞募集和极化改善肝纤维化
总的来说，这项研究表明，人诱导多能干细胞来源的肝脏类器官（hiPSC-LO）移植是治疗肝纤维化的一种有前途的新的治疗选择。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adg0338