鑽石舞台

在肝臟中，上皮細胞在穩態條件下大多處於有絲分裂休眠狀態，但在受到損傷時會迅速增殖，從而快速再生。儘管肝細胞構成了大部分的再生反應，但導管細胞（ductal cells, DCs）也會對損傷做出反應【1】。此外，嚴重的組織損傷以及肝細胞衰老會誘導導管室中的細胞可塑性，並賦予單能性的膽管細胞替代丟失的肝細胞的能力【2】。在多個哺乳動物組織中，再生依賴於上皮與其各自組織微環境之間的動態串擾【3】，而這一串擾在導管介導的肝臟再生中的貢獻和作用在很大程度上是未知的。

已有研究表明，在體內抑制肝星狀細胞 (hepatic stellate cells, HSC) 激活會加劇肝損傷，同時減少DCs擴增；Thy1+HSCs和門靜脈成纖維細胞 (portal fibroblasts, PFs)能在再生過程中維持DCs的增殖。儘管這些研究強調了間充質到導管細胞信號傳導的情況，但它們並沒有解決這些譜系在穩態中或在再生反應的不同階段之間的動態相互作用。此外，目前的體外成人肝臟類器官模型僅以上皮為中心，無法概括成人組織的多細胞複雜性【4】，這阻礙了對間充質生態位與上皮細胞在穩態和再生條件下相互作用的深入了解。

近日，來自英國癌症研究中心格登研究所的Meritxell Huch團隊在Cell Stem Cell雜誌上發表了一篇題為Dynamic cell contacts between periportal mesenchyme and ductal epithelium act as a rheostat for liver cell proliferation的文章，這項研究利用類器官共培養方法，證明小鼠門靜脈周圍間充質細胞亞群對上皮細胞的增殖具有雙重控制：根據直接間充質細胞接觸的數量，通過至少部分由 Notch信號傳導介導的機制，導管細胞增殖要麼被誘導和維持，要麼相反地被完全消除。這一研究結果擴展了上皮組織中細胞生態位的概念，不僅可溶性因子，而且細胞-細胞接觸都是控制細胞行為的關鍵調節線索，表明在再生過程中細胞-細胞接觸的關鍵作用。

組織再生是上皮細胞和周圍基質共同作用的結果，作者首先通過scRNA-seq證明了PDGFRα+SCA1+門靜脈周圍間充質細胞表達了對於DCs和肝細胞再生以及類器官形成必不可少的各種有絲分裂原和生長因子。需要注意的是，損傷誘導的DCs增殖並非無休止的，因此作者假設這種增殖狀態的啟動與叫停是否與其和門靜脈周圍間充質細胞的相對豐度和接觸有關。為此，作者給小鼠餵食DDC來模擬急性肝損傷，在恢復正常飲食後量化總細胞數、細胞比率以及DCs和間充質細胞之間的細胞接觸。結果顯示，DCs首先在損傷期間增殖，在恢復後間充質細胞增殖，這種不同步導致兩個群體之間的比率和接觸數量發生顯着的動態變化。

為了驗證DCs和間充質細胞之間的相對豐度和細胞接觸可以控制再生過程中DCs的增殖狀態的假設，作者在體外類器官共培養條件下控制實驗條件並操縱兩個種群之間的細胞比例。在培養過程中，作者通過延時成像追蹤了培養中的單個類器官。有趣的是，未發生接觸的類器官在細胞數量和類器官面積上都有所增加，而發生接觸的反而出現生長缺陷，提示PDGFRα+SCA1+細胞以兩種方式調節DCs行為：分泌可溶性生長因子促進DCs增殖但通過細胞接觸誘導生長停滯。

在體外培養中觀察到這一矛盾行為之後，作者想知道導致這種接觸抑制的分子基礎，於是再次分析了RNA-seq數據，主要目的是尋找基於旁分泌的信號通路，其中，受體和配體可以在兩個細胞群體之間完成配對。作者發現，DCs表達 Notch1和Notch2、Tgfbr1和Tgfbr2以及Hippo通路下游效應子，而PDGFRα+SCA1+細胞表達Notch和Tgfb配體。基於此，作者設計了針對這些途徑的小分子抑制劑的小規模篩選試驗。與對照組相比，Notch 和 TGFβ 抑制劑的組合可以挽救類器官的生長，而單獨使用TGFβ抑制劑沒有顯着影響，需要注意的是，γ分泌酶抑制劑（針對Notch通路）DAPT處理的DCs在顯著增加類器官增殖的同時，仍保留與PDGFRα+SCA1+細胞的物理接觸。這些結果提示，在體外誘導DCs增殖停滯的機制，至少部分是由DCs中Notch信號的旁分泌激活。

總的來說，這項研究結果擴展了細胞生態位的概念，指出細胞接觸的相對豐度而非絕對數量，決定了損傷-再生反應不同階段上皮增殖的最終結果。此外，雖然此研究闡明了導管細胞和間充質細胞的動態關係，在任何其他系統中，例如肺或乳腺上皮，其細胞數量會因外部線索而發生改變的也可能存在類似機制。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.07.002

1. Furuyama, K., Kawaguchi, Y., Akiyama, H., Horiguchi, M., Kodama, S., Kuhara, T., Hosokawa, S., Elbahrawy, A., Soeda, T., Koizumi, M., et al. (2011). Continuous cell supply from a Sox9-expressing progenitor zone in adult liver, exocrine pancreas and intestine. Nat. Genet. 43, 34–41.

2. Choi, T.Y., Ninov, N., Stainier, D.Y., and Shin, D. (2014). Extensive conversion of hepatic biliary epithelial cells to hepatocytes after near total loss of hepatocytes in zebrafish. Gastroenterology 146, 776–788.

3. Gurtner, G.C., Werner, S., Barrandon, Y., and Longaker, M.T. (2008). Wound repair and regeneration. Nature 453, 314–321.

4. Prior, N., Inacio, P., and Huch, M. (2019). Liver organoids: from basic research to therapeutic applications. Gut 68, 2228–2237.