来源：《现代干细胞与再生医学》庞希宁徐国彤付小兵
编辑：中科政兴
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肝是身体内以代谢功能为主的器官，是身体内部最大的器官，重量约为1.5kg。肝脏循环血量约为心脏总输出量的25%。实际上，它的功能影响体内每个生理过程。肝细胞将糖原转化为葡萄糖，并在碳水化合物、氨和三酰甘油代谢中都起到主要作用。肝细胞分泌大量血清蛋白，包括白蛋白、凝血酶原纤维蛋白原、脂蛋白的蛋白组分以及胆汁，其中胆汁包含了肠吸收所需要的胆汁盐。最后，肝细胞解毒代谢的副产物和有毒物质。肝也制造消化系统中之胆汁。肝脏和胰腺是具有很多窦道和导管构成的实质性器官。这些组织管状部分的上皮都具有相对较高的更新能力，能够进行再生以及损伤诱导再生。实体上皮器官肝脏和胰腺更新能力低，相对而言再生能力较差。但是，肝脏和胰腺具有很强的损伤诱导再生能力。
肝脏的再生能力——代偿性增殖
实验研究显示了肝脏再生的生物学存在的重要意义。肝脏更新非常缓慢，肝细胞平均寿命范围为~天。细胞标记研究表明，在正常肝脏更新中，肝细胞是被已有肝细胞的基本的有丝分裂而不是干细胞所取代。当肝脏部分切除术(partialhepatectomy，PH)，有丝分裂更加强烈。人类可以耐受损失70%的肝脏。对于年轻人，这个损失可以在3~4周修复良好。从成人向儿童或者从儿童向成人进行肝移植，肝脏分别可以通过凋亡下调或者通过有丝分裂上调大小。肝脏还有将自己的大小调整到适应身体代谢需求的惊人能力。
手术切除肝脏组织诱导肝再生的最好的研究模型是大鼠2/3部分肝切除模型。大鼠肝脏有两个大叶和2个小叶，将其2个大叶，虽然切除的肝叶不会长回来，但是在术后14天内，余下的2个小叶迅速生长达到原来肝的质量。当去除独立的肝叶时，没有细胞损伤；因此，细胞的增殖是在没有细胞死亡和炎症活动时发生的。尽管肝组织自身切除造成的损伤确实涉及炎症阶段，但是再生的结果是相同的。由于炎症一般与纤维化相关，因此再生是通过何种机制绕过或者整合炎症反应是一个重要的问题，但目前仍没有答案。
肝脏干细胞
肝脏起源于前肠内胚层，与胚胎心脏相接触的前肠部分受到来自心脏间充质细胞分泌的FGF家族细胞因子的作用而形成肝脏的原基。
正常成体肝脏中是否存在肝干细胞一直存在争论目前普遍倾向于接受肝干细胞存在的论断。在成体肝脏中，肝干细胞可能存在于Hering管位置，即终末胆管向细胞间胆管过渡的区域，或者组成Hering管的胆管细胞就是肝干细胞。这些细胞通过不对称分裂一方面向胆管方向分化为胆管细胞，另一方面向中央静脉方向分化为肝细胞。有证据表明从门管区到中央静脉，肝细胞的分化程度由低到高。也就是说，从门管区到中央静脉存在肝细胞的分化梯度，这间接地支持了肝干细胞存在于Hering管的推断。但是目前这种分化梯度的观点并没有得到普遍的接受,有人认为肝小叶中肝细胞的异质性仅仅是由于所处微环境的不同造成的。
除了肝组织来源以外，一些组织干细胞在体外培养条件下，也可以向肝细胞分化，包括造血T细胞、脐带血多能干细胞、骨髓干细胞和间充质干细胞等。
肝再生过程不都是由成熟肝细胞的增殖而实现。当广泛而慢性的损伤导致大量肝细胞死亡或者肝细胞的增殖能力被抑制时，在再生肝中，可观察到所谓的胆管反应即在肝脏门管区出现一种小细胞，这种细胞因胞质少核呈卵圆形而被统称为椭圆细胞。
椭圆细胞具有多能性，能分化成肝细胞、胆管上皮细胞或胰腺导管上皮细胞。它们既表达胚胎肝母细胞标志物，如甲胎蛋白和白蛋白等，也表达胆管细胞的标志物。这表明它们类似于胚胎发育时期肝细胞的分化。除了肝母细胞和胆管的标志物，它们也表达CD34、CD45、Scal、Thy-1、c-Kit和flt-3受体，这表明椭圆细胞和造血干细胞表型有潜在的重合。但由于椭圆细胞不存在与正常肝脏中，因此对椭圆细胞的来源尚不明确。这类细胞很可能是由于正常肝脏中静止的肝干细胞被激活产生的。
肝脏的再生治疗
肝纤维化是指这种组织修复过程过度及失控时，肝组织内细胞外基质过度增生与异常沉积所致肝脏结构和肝功能异常改变的一种病理过程。轻者称为肝纤维化；重者使肝小叶结构改建，形成假小叶及结节，称为肝硬化。目前，由于肝纤维化和遗传性肝脏疾病导致的急性或慢性肝脏功能衰竭只能通过全部或部分的肝脏移植进行治疗。正在发展的新的疗法，包括通过药物治疗阻止纤维化、细胞移植替换坏死的肝细胞，以及应用生物人工肝脏设备去帮助患者等待肝脏移植或者是患者自身的肝脏再生。
肝细胞移植
细胞移植需要至少提供10%的正常肝脏大小，也就是大约克肝脏组织或25×10^9个细胞。细胞通常经过肝门系统或脾脏植入肝脏。如果能从正常的肝脏组织中收集少量标本，来自患者自身的肝脏细胞移植是最理想的。通过免疫抑制疗法，也可进行同种异体的肝脏移植。一个主要的问题是需要有足够的细胞去恢复肝脏的功能，这个问题可以通过自体或异体肝细胞的体外扩增或者用需要数量的新鲜的猪的肝脏来解决（通过遗传工程）。原代的肝脏细胞很难培养，但在添加了肝脏细胞体内增殖所必需的HGF、EGF和TGFa的培养基中，肝细胞的克隆能够快速生长。这种被培养的肝细胞去分化，但基质胶能够被诱导其重新分化。同种异体的肝细胞系可以使用，但对于其功能的有效性存在争论。
肝脏干细胞移植
肝脏干细胞来自Hering管的卵圆形的肝脏干细胞培养可能提供一个肝细胞的来源。但最好的来源可能是ESC和iPSC被调控分化的肝细胞。iPSC适用于非遗传性的慢性和急性肝脏衰竭，但不适用于代谢性肝脏疾病，因为这些细胞仍然有导致这种疾病的遗传学缺陷。最近已经从iPSC得到了人肝脏细胞，但是这些细胞的长期功能如何还不是很清楚。小鼠ESC能定向分化为肝细胞，并制备了一个小型的生物人工长肝，将其移植到肝脏功能缺乏的小鼠皮下，能改善肝脏的功能，并延长存活时间。6年Terai进一步报道了9例肝硬化的患者临床试验，其中几个患者在注射了自身的骨髓细胞或CD阳性的HSC后，加速了肝脏再生和肝功能恢复。然而这个作用最有可能是因为旁分泌而不是转分化。
生物人工肝
生物人工肝以体外肝脏辅助设备的形式发展起来，以便能暂时替代肝脏的功能直到进行器官移植或患者的肝脏已经再生。目前为止，最简洁成功的LAD设计是含有肝细胞的空心纤维生物反应器。
年Chen等研发了一个生长在三维立体塑料支架上的三个细胞类型的培养系统，即人的肝细胞、内皮细胞和小鼠的成纤维细胞。内皮细胞和成纤维细胞能提供肝细胞存活和血管化作用的必要因子。培养1周后，这些细胞形成了长度为20mm的肝脏。这个支架提供免疫保护，使得其能够被移植到受者的腹腔中。这个移植物和宿主的循环系统相连，能产生绝大多数人肝脏合成的酶，并能代谢药物。这种生物人工肝脏理论上能够做到人肝脏的大小。
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