综述：肝细胞再生的影响因素及机制

本文全面综述了肝细胞再生的研究进展，探讨了其细胞来源、影响因素（内源性、外源性和疾病状态），详细阐述了 Wnt、Notch 等信号通路机制及相互作用，还介绍了高通量测序技术的应用，为肝病治疗和再生医学发展提供了重要参考。

　　

肝细胞再生研究概述

肝细胞再生是再生医学领域的研究热点，在肝病治疗方面极具潜力。自 20 世纪 30 年代发现啮齿动物肝脏损伤后体积和质量恢复现象以来，相关研究不断深入。本世纪生物技术和医学研究的快速发展，推动了肝细胞再生机制在细胞和分子水平的理论突破及临床应用进展。例如 2021 年《Science》上关于肝细胞再生的两项重大发现，将该领域研究推向新高度，同时也引发了如 “损伤后伤口闭合与肝细胞增殖的异步性” 等新思考 。此外，高通量测序技术等新兴手段的应用，进一步揭示了肝细胞再生的复杂性和多样性，发现了许多新的再生相关基因和信号通路。

再生肝细胞的来源及细胞过程

1. 新肝细胞的来源：新肝细胞来源多样，主要包括损伤后残留肝细胞的增殖、肝祖细胞的分化，以及胆管细胞和其他非实质细胞转化而来。研究发现，肝细胞还具有去分化为肝细胞样细胞和转分化为胆管上皮细胞的能力，打破了以往认为成熟肝细胞不能分化的观念。如通过遗传谱系追踪技术证实，在特定条件下，胆管上皮细胞可分化为胆管细胞，但目前尚未明确找到卵圆细胞分化为肝细胞的确切证据。2021 年，郝朱教授和周斌教授团队分别通过实验，证实了肝小叶特定区域细胞在肝细胞再生中的重要作用，表明不同区域肝细胞在损伤时再生能力和途径存在差异。
2. 肝细胞的再生过程：肝细胞再生过程大致可分为启动、增殖和终止三个阶段。在启动阶段，细胞受外部或内部合成的有丝分裂原（如生长因子、激素等）刺激，从静止的 G₀期进入 G₁期，在此过程中，原癌基因 c-Jun 和 c-Fos 的 mRNA 表达显著增加。进入 G₁期后，Cyclin D/Cdk4/6 和 Cyclin E/Cdk 等关键分子机制逐渐参与并激活，促进细胞周期进程，使细胞顺利通过限制点（R 点）进入 DNA 合成阶段（S 期）。在 S 期，细胞完成 DNA 复制，为后续细胞分裂提供遗传物质。接着，细胞周期继续进行，经过 G₂/M 检查点进入 G₂期，此阶段细胞进一步合成 RNA 和蛋白质，尤其是与细胞分裂相关的蛋白质和酶。最后，在多种调节因子（如 Foxm1b 转录因子等）作用下，细胞进入有丝分裂期（M 期），成功完成细胞分裂，实现肝细胞再生，修复受损肝组织。不过，新肝细胞形成过程背后的具体分子机制极为复杂，尚未完全明晰。

肝细胞再生的影响因素分析

1. 内源性因素：基因在肝细胞再生中起着关键作用。研究发现，多倍体肝细胞可能是肝细胞应对衰老和再生压力的一种适应性机制，通过增加基因组数量，肝细胞或许能获得更强的代谢和再生能力，即使在肝切除和急性损伤后的代偿性再生模型中，二倍体肝细胞也表现出显著的加速肝再生能力。性别和年龄也会影响肝细胞再生。在肝纤维化模型中，雄性小鼠比雌性小鼠表现出更多的纤维化区域和更高的 αSMA 蛋白表达；在肝切除实验中，雌性小鼠肝脏中 B-myc 的 mRNA 增加更显著，但再生率却较低，这表明性别可能影响基因表达，进而影响肝再生。衰老同样对肝再生有显著影响，衰老过程常伴随着许多基因（如 GSK3β 和 Dnmt3b 等）的下调，以及一些细胞周期蛋白的沉默表达，导致组织甲基化能力丧失，影响基因表达，降低细胞应对外部损伤的能力。胎儿肝源性间充质干细胞（fMSCs）比成体骨髓源性间充质干细胞（aMSCs）增殖能力更强，说明年轻细胞增殖能力优于衰老细胞。目前，抗 - 衰老研究有望成为疾病治疗领域的关键突破点，不过相关讨论大多停留在动物实验阶段，未来还需构建人类衰老模型进一步研究。此外，现有研究通过血小板输血将 RNA 转移到肝细胞促进再生，这提示深入分析内源性因素可能为肝细胞再生和肝损伤修复开辟新途径。
2. 外源性因素：正常情况下，肝脏再生能力处于未激活状态，外部刺激可激活其再生潜力。例如，干扰素可有效改善丙型肝炎和肝硬化患者肝细胞的不规则再生，并降低丙型肝炎患者肝细胞癌的患病率；激素受体调节剂可能抑制肝细胞再生。细胞因子对肝细胞再生也有一定作用，如外源性 IL-6 可诱导大鼠肝细胞显著增殖，改善冻存肝脏质量，提高生化指标，减少细胞凋亡，增强肝细胞再生率；IL-1 受体拮抗剂可促进酒精性肝炎小鼠的肝细胞再生。此外，辐射和温度等物理因素也会影响肝细胞再生，实验发现肝脏放疗（包括 SBRT）会导致肝脏形态变化，通过测试肝脏 / 肝段体积和放疗剂量，确定了肝细胞再生的分期剂量阈值，证实保留部分肝段或给予较小辐射剂量有助于促进肝细胞再生，但目前辐射等物理措施对肝细胞再生的机制尚未完全明确，有待进一步研究。
3. 疾病状态：疾病状态是影响肝细胞再生的重要因素。在肝癌等肝脏疾病治疗中，部分肝切除或化疗可激活肝细胞再生能力。不同疾病状态下，肝细胞再生的过程和效果存在显著差异。以肝纤维化 / 肝硬化为例，研究发现肝纤维化患者在肝分区、门静脉结扎和分期肝切除术后，肝再生率呈现独特变化，第一周肝纤维化组肝再生率最快，而非肝纤维化组在第二周肝体积达到最高水平，推测可能与病理状态下纤维组织增生限制肝细胞再生空间有关，但具体原因仍需进一步实验探究。长期饮酒导致的酒精暴露会引起肝脏大规模炎症和散发性出血，干扰 microRNA 信号传递，影响 DNA 合成，削弱成熟肝细胞增殖能力，最终抑制肝再生；病毒感染也会影响肝细胞再生，如乙肝病毒 HBx 蛋白可通过诱导 IL-6 过表达延迟肝再生，HBV 感染还会降低肝细胞对胰岛素的敏感性，同样表现出肝再生延迟。此外，Wnt 信号调节剂可影响非酒精性脂肪肝疾病中肝细胞的再生，DLL4-Notch 信号在急性肝衰竭治疗中发挥重要作用。同时，推测除肝脏疾病本身外，其他疾病（如糖尿病、心血管疾病等）也可能间接影响肝细胞再生，或许是通过 Wnt 和 Notch 等信号通路进行调节，有待进一步验证。

肝细胞再生的机制

1. Wnt 信号通路机制：Wnt 通路在肝脏再生过程中作用广泛，根据是否依赖 β-catenin 可分为两种类型，在肝细胞再生中发挥不同作用。激活 Wnt 信号在一定条件下可促进肝细胞再生，但异常激活则可能促进肝肿瘤进展。在经典 Wnt/β-catenin 信号通路中，Wnt 配体与 Frizzled 受体和 LRP5/6 相互作用，然后与由 GSK-3β、Axin2 和 APC 形成的破坏复合物结合，导致 β-catenin 积累，进而触发 Wnt 靶基因的转录。在非经典 Wnt/Ca²⁺通路中，Frizzled 受体激活可促进 Ca²⁺生成，进一步激活 Ca 传导；在另一种非经典 Wnt/PCP 通路中，Wnt 配体结合导致 Dishevelled 磷酸化并与 DAAM 结合，激活 Rac1、profilin 和 RhoA，Rac1 激活 JNK，进而激活 c-Jun 进入细胞核，RhoA 激活 ROCK，进一步激活 MRLC 。Wnt 信号在肝脏再生和修复中具有双重作用，例如经典通路中的 Wnt/β-catenin 信号可通过溶酶体降解 APC 蛋白促进肝再生，而 Wnt/β-catenin 信号下调则会损害肝再生。随着对 Wnt 机制的深入理解，如 Dickkopf-1 等通路抑制剂有望为患者带来新的治疗希望。
2. Notch 信号通路机制：Notch 信号通路作为 Hippo 转导蛋白 YAP 的下游效应器，在肝细胞再生中也非常重要。在经典 Notch 通路中，Notch 蛋白先被运输到内质网进行糖基化，随后糖基化的 Notch 单链前体被运输到高尔基体，在蛋白酶作用下裂解为 NECD（Notch 胞外结构域）和 TMD（跨膜结构域）两个片段。在 Ca²⁺离子参与下，形成成熟的 Notch 受体，并在细胞表面完成与配体的结合。之后，Notch 受体在 ADAM 酶作用下于新位点裂解，释放胞外片段，生成由 TMD 和 NICD（Notch 胞内结构域）组成的瞬时中间肽，再经早老素依赖的 γ 分泌酶在第三位点裂解，NICD 释放进入细胞核，与 CSL 蛋白相互作用调节基因表达。非经典 Notch 通路独立于经典的配体 - 受体相互作用和细胞核内 CSL/NICD 复合物的调节机制，例如 mTOR-Rictor 可与 NICD 相互作用，激活 AKT/PKB，调节细胞存活。研究表明，在部分肝切除（PHx）大鼠模型中，抑制 Notch 活性会显著损害肝细胞增殖和再生，而肝切除术后血清中肝细胞生长因子（HGF）、上皮生长因子（EGF）、血管生长因子（VEGF）和 Notch 信号的表达强度会显著增加，这表明 Notch 激活对肝细胞再生至关重要，未来可进一步探索通过调节 Notch 通路促进肝细胞再生的方法。
3. 分子信号通路之间的相互作用和调节：Wnt 和 Notch 通路相互串扰。Notch 可与 β-catenin 形成复合物促进 β-catenin 降解，还能增加 Frizzled 受体表达和 TCF1 转录；TCF/LEF 可调节 DLL1Notch 受体配体的表达。此外，它们的家族成员之间也存在串扰，如 Notch1 可与 β-catenin 和 Lamp1 结合促进 β-catenin 的溶酶体降解，Notch2 和 Wnt4 可共同参与正反馈调节 。β-catenin 作为 Wnt 通路的主要成员，可增强 Hes1 转录，抑制 Notch1 和 NICD 降解，上调 JAG1Notch 配体转录；GSK-3β 不仅可磷酸化 NICD，稳定 Notch，正向调节 Notch 信号传递，还能通过磷酸化 SUFU 影响其与 Gli 转录因子的相互作用，增加 Hedgehog 信号转导中 Gli 转录因子的活性。除 Notch 通路外，TGF-β 与 Wnt 信号也存在串扰，如 E-cadherin 缺失可通过诱导小鼠乳腺上皮细胞发生上皮 - 间质转化（EMT），增加 LEF/TCF-β-catenin 信号转导，并与自分泌 TGF-β 信号转导协同维持未分化的间质表型，证明 TGF-β 和 Wnt 信号在 EMT 中起协同作用 。同时，阻断 TGF-β 信号会延迟细胞增殖，损害祖细胞反应和瘢痕修复，促进肝星状细胞（HSC）转化，且该过程与 Wnt/β-catenin 相关。此外，Wnt 信号对干细胞的作用还受与其他信号通路（如 Notch、Sonic hedgehog 和 TGF-β 信号等）的组合调节，YAP/TAZ 作为 Hippo 通路的效应器，与 Wnt 在信号转导中也相互交叉。实际上，除 Wnt 和 Notch 通路外，还有 Hippo、hedgehog、NF-κB、TGF-β、Jak-Stat 等许多相关信号通路参与肝细胞再生的调节，它们相互干扰，但目前对这些再生相关通路复杂关系的了解仍只是冰山一角。未来，开发针对这些信号通路的靶向信号转导抑制剂将是疾病治疗的新方向，机制研究的新成果将为发现肝细胞再生的新策略和治疗靶点奠定坚实的实验和理论基础。

高通量测序技术在肝细胞再生研究中的应用

近年来，随着临床和实验室研究需求的增加，高通量测序技术在肝细胞再生研究中应用频繁。通过该技术，可从基因层面间接预测受损肝组织的再生可能性，推动相关研究从实验室走向临床。单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）作为探索细胞结构和特性的有效方法，已广泛应用于临床，但在检测冷冻肝样本时存在局限性。Richter ML 团队开发的单核 snRNA-seq2 技术，基于对核膜的有效裂解，结合转录组学和高效低体积反应技术从冷冻肝脏中分离单核，成功实现了对肝脏主要细胞类型的无偏性表征，证明了多倍体肝细胞具有增殖特性，有助于肝脏再生 。此外，ChIP-seq 技术可用于探索全基因组信息，已被应用于临床研究，它常被用于检测结合位点，通过与 ATAC 测序开放染色质区域相结合，成为寻找目标基因以外其他调节蛋白潜在结合位点的另一种检测方法。一些研究团队进一步将 Stereo-seq 新技术与单细胞转录组学相结合，绘制出小鼠肝脏再生的高清时空图谱，这是测序技术的又一突破。除高通量测序技术外，基因编辑、类器官培养模型和干细胞移植在肝细胞再生领域的应用也取得了显著进展，这些新技术和方法为深入研究肝细胞再生的分子机制提供了新工具，也为临床治疗带来了新思路。

结论

肝细胞再生是一个复杂的动态过程，受基因、药物、细胞因子和疾病状态等多种因素调节，涉及 Wnt、Notch、Hippo、hedgehog 等众多信号通路，以及 HGF、EGF 等细胞因子。正常情况下，肝脏的代偿能力可使受损和再生的肝细胞达到平衡，但持续的病毒感染（如嗜肝病毒和非嗜肝病毒）和代谢损伤（如长期酗酒、高脂肪饮食和药物摄入）会破坏肝脏的结构和功能，削弱肝脏再生能力，还可能促进肝细胞癌的发生和发展。为应对急性或慢性肝衰竭及终末期肝病，当前研究聚焦于常温机器灌注和纳米材料等先进技术，旨在通过干细胞、器官和生物人工肝等替代疗法为患者提供临时生命支持，促进肝脏再生。然而，在应用这些疗法时，需仔细评估潜在风险，尤其是基因整合和使用动物源性因子带来的风险，以防止癌症风险增加。相信随着研究的不断深入，肝细胞再生领域将取得更多突破，为患者提供更好的治疗选择。