2月13日，國際學術期刊Cell Stem Cell在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）惠利健研究組與中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所李虹研究組和李亦學研究組合作的研究文章：“Kupffer cell-derived IL-6 is repurposed for hepatocyte dedifferentiation via activating progenitor genes from injury-specific enhancers”。 這項機制研究揭示肝臟損傷下，駐留Kupffer細胞分泌的炎癥信號IL-6誘導了肝細胞的去分化并表達前體基因。信號轉(zhuǎn)導機制上，IL-6是損傷特異的信號，該信號通過肝細胞表達的受體IL6R/gp130能直接激活肝細胞STAT3信號通路誘導肝細胞去分化。轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制上，STAT3作為轉(zhuǎn)錄因子能結(jié)合在損傷特異的增強子上，促進了肝前體基因的表達。由于IL6/STAT3在胚胎發(fā)育中不表達，而且重編程相關基因活化位點與發(fā)育過程完全不同，表明這是損傷特異而非發(fā)育相關的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制。

　　組織再生過程中新生細胞的來源主要分為兩種，一種是來自于成體干細胞自我擴增并分化，另一種是來自于原先存在的已分化的細胞。在后者相關的研究領域發(fā)現(xiàn)，已分化的細胞可以經(jīng)歷一個去分化或者重編程的過程貢獻組織的再生，并且在多個組織中都有發(fā)現(xiàn)，例如肺、小腸、胰腺和肝臟。在肝臟的損傷再生過程中，已有研究表明，成熟肝細胞的去分化過程是肝細胞重要來源之一。肝臟損傷下成熟肝細胞能發(fā)生去分化過程，轉(zhuǎn)變成Sox9⁺類肝前體細胞 (Liver progenitor-like cells, LPLCs)貢獻肝臟內(nèi)細胞的來源。

　　肝臟分子病理研究團隊惠利健研究組在2019年發(fā)表的Cell Stem Cell論文中的工作證明，肝細胞具有重編程能力的內(nèi)在特性是受到Arid1a調(diào)控，Arid1a預先開放了成熟肝細胞中重編程相關基因（Reprogramming related genes，RRG）的染色質(zhì)，從而使得成熟肝細胞可以響應損傷信號發(fā)生重編程，稱為重編程感受態(tài) (Reprogramming competence)，為重編程的發(fā)生提供了分子基礎。那是什么外源信號誘導了重編程的發(fā)生呢？損傷下肝細胞重編程發(fā)生通常是在一個特定的區(qū)域內(nèi)，因此，這些損傷外源信號應該也存在特異的區(qū)域分布。此外，RRG基因很多都是胚胎發(fā)育相關，是否肝細胞去分化利用了胚胎時期的信號，重新在損傷過程激活了這些RRG基因？或者有損傷特定機制另外調(diào)控了這些RRG基因？

　　在該研究中，惠利健組研究人員利用單細胞測序的手段，解析了健康的肝臟和損傷肝臟里的肝細胞不同亞群的表達譜，鑒定到損傷出現(xiàn)的Sox9⁺ LPLCs。LPLCs的特征基因同樣在肝胚胎發(fā)育過程中高度富集，說明肝細胞去分化重新激活了胚胎發(fā)育時期的基因。通過偽時間分析，結(jié)合單樣本GSEA富集分析，研究人員解析了從正常肝細胞轉(zhuǎn)變到LPLCs過程中激活的信號通路，發(fā)現(xiàn)免疫信號通路在轉(zhuǎn)變過程中高度激活，并且免疫信號通路的激活程度與重編程軌跡呈正相關。

　　研究人員進一步對肝臟不同種類的免疫細胞進行了敲除，發(fā)現(xiàn)敲除巨噬細胞能夠顯著抑制LPLCs的出現(xiàn)，而敲除適應性免疫細胞以及NK細胞和粒細胞對LPLCs出現(xiàn)無明顯作用。由于肝臟損傷下，巨噬細胞存在異質(zhì)性，按照來源分主要分為兩種，一種是胚胎發(fā)育時期來源的Kupffer細胞 (KCs)，另一種是損傷下招募的單核來源的巨噬細胞 (MoMFs)。研究人員通過對巨噬細胞進行單細胞測序，解析了肝臟損傷下巨噬細胞的異質(zhì)性，并利用巨噬細胞譜系特異性敲除的動物模型，發(fā)現(xiàn)KCs是LPLCs出現(xiàn)所必要的，而阻斷MoMFs對LPLCs出現(xiàn)無影響。

　　為了研究KCs調(diào)控LPLCs出現(xiàn)的機制，研究人員對KCs特異分泌的因子進行體內(nèi)過表達篩選，發(fā)現(xiàn)KC特異表達的IL-6可以在無損傷的肝臟內(nèi)誘導LPLCs出現(xiàn)，具體機制是結(jié)合肝細胞IL6R/gp130受體，其下游是通過STAT3信號轉(zhuǎn)導實現(xiàn)。

　　最后，為了研究STAT3調(diào)控重編程基因表達的分子機制，研究人員利用ChIP-seq技術證明了STAT3能夠結(jié)合到重編程相關基因的位點。這些位點是受Arid1a調(diào)控并預先開放的染色質(zhì)區(qū)域。這些位點同樣具有更高的H3K27ac （增強子) 的修飾，體內(nèi)的報告系統(tǒng)實驗也揭示STAT3能結(jié)合到增強子區(qū)域，促進下游基因的轉(zhuǎn)錄。由于LPLCs的特征基因也包含了胚胎發(fā)育時期基因，有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)胚胎發(fā)育過程中STAT3并未激活，組蛋白H3K27ac修飾在LPLCs相關的增強子也未激活，說明了肝臟損傷下IL-6/STAT3信號是結(jié)合了損傷特異的增強子誘導了前體基因的表達。

　　本研究揭示了肝臟損傷下巨噬細胞的炎癥信號通過損傷特異的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式誘導肝細胞去分化的機制，該機制為探索誘導體內(nèi)重編程的因子，開發(fā)治療肝臟疾病相關藥物，奠定了重要的理論基礎。

　　中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心博士李露 (已畢業(yè))，在讀博士崔磊和中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所博士后林平為該論文共同第一作者，惠利健研究員、李虹研究員和李亦學研究員為該論文通訊作者。該研究得到分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心動物實驗技術平臺、細胞分析技術平臺和分子生物學技術平臺的大力支持。該工作得到中國科學院、基金委、科技部、上海市科委、上海市發(fā)改委等經(jīng)費支持。

　　文章鏈接: https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.01.009 

　Kupffer細胞來源IL-6通過損傷特異增強子誘導肝細胞去分化機制