Sci Transl Med 丨鄢和新团队突破生物人工肝瓶颈为肝衰竭治疗提供新技术

肝衰竭是众多致病因素导致的肝脏严重损害，而出现以黄疸、肝性脑病、凝血功能障碍等一系列症状的临床症候群【1,2】，病死率超过80%。肝移植是肝衰竭唯一被证实有效的治疗方法，但供体短缺、免疫排斥、费用高昂等限制了其应用，绝大多数患者在等待肝源的过程中死亡。在过去的研究中发现，生物人工肝（Bioartificial liver，BAL）可以辅助清除患者体内毒素、 减轻肝脏负担、 补充必需物质、 稳定生理生化指标， 是帮助肝衰竭患者恢复肝功能的重要治疗方法， 也是协助患者过渡到肝移植的桥梁【3】。肝细胞源和反应器是生物人工肝的两大核心要素，细胞在反应器中功能的好坏直接关系到生物人工肝的治疗效果。目前用于BAL的细胞来源有人原代肝细胞、肝肿瘤细胞、猪肝细胞、诱导分化肝细胞等，然而目前肝细胞源在临床应用中遇到了许多瓶颈，包括来源短缺、体外培养外功能丧失、致瘤性风险、异种内源性逆转录病毒、细胞制备高成本等，这些问题限制了BAL支持系统在临床的应用，因此迫切需要寻找到适用于生物人工肝的新的功能性肝细胞源。实现细胞的大规模扩增和促进细胞功能成熟的生物反应器是生物人工肝的另一核心要素。常见的生物反应器有中空纤维、 灌注床/支架反应器、片层平板装置、悬浮微囊反应器以及细胞悬浮球反应器等。然而目前使用的反应器在临床和科研应用中遇到诸多障碍，包括交换面积有限、氧气和营养物质交换效率低、无法形成稳定3D结构等。2020年7月8日，上海交通大学医学院附属仁济医院鄢和新教授带领团队在Science Translational Medicine 杂志上发表题为：An extracorporeal bioartificial liver embedded with 3D-layered human liver progenitor-like cells relieves acute liver failure in pigs的研究论文。前期课题组通过小分子重编程技术将鼠和人的原代肝细胞转化为可以快速增殖的肝前体样细胞（hepatocyte-derived liver progenitor-like cells ，HepLPCs）解决了原代肝细胞在无法体外扩增的瓶颈问题【4,5】。FOXA3是肝细胞成熟的重要的核因子，本研究在HepLPCs中特异性地引入肝细胞核因子FOXA3，使永生化的HepLPCs肝细胞的功能蛋白合成、尿素合成、氨清除和分泌水平有了显著提高。快速将细胞扩增到临床使用的数量级是生物人工肝的又一挑战。为了解决细胞的大规模3D培养问题，鄢和新团队设计出了全新的气液交互式生物反应器，一方面通过气液交互模式提高营养和氧气交换效率保证细胞快速扩增，另一方面通过特殊的载体结构实现扩增过程中细胞形成稳定的3D结构，进一步提高肝细胞的合成与解毒功能。将细胞和反应器模块组合设计出气液交互式生物人工肝支持系统（Air-liquid interactive bioartificial liver，Ali-BAL），克服以往反应器的交换效率低、培养成本高、周期长、细胞无法形成3D结构等缺点，使得生物人工肝性能大幅提升。随后该研究团队采用了药物诱导的急性肝衰竭小猪模型验证Ali-BAL的安全性和有效性，经过3小时Ali-BAL的治疗，成功救治了肝衰竭小猪模型，显著改善了肝性脑病症状、提高了凝血指标和内环境稳定性、降低了血氨水平并有效提高了肝功能。炎症反应是影响急性肝衰竭预后的重要指标，通过炎症因子芯片检测血清中的炎症因子变化，结果发现经过Ali-BAL治疗后炎症反应显著减轻，AFP与HGF水平显著提高。通过组织学检查发现Ali-BAL治疗可以减轻肝脏损伤，同时有效促进了肝脏的再生和自体恢复。为了进一步阐明Ali-BAL是如何通过促进肝再生挽救ALF小猪生命的，课题组对其治疗机制进行了相应的探索。通过对进出Ali-BAL反应器的血浆进行毒性、合成分泌物质进行检测发现，氨和乳酸水平有了显著的降低，而分泌的人HGF、TGF-α、AAT和ALB有了明显提高。该结果提示Ali-BAL合成与分泌了大量肝细胞营养因子和生长因子，通过血浆循环进入小猪体内后，有效促进了受损肝脏细胞的快速再生，从而改善了ALF小猪的病理生理指标，成功挽救了小猪生命。本项研究为肝衰竭治疗领域做出了新的重要的贡献，在接下来的临床研究中，如果肝衰竭患者经过Ali-BAL的治疗可以显著改善预后与生存期，将为广大肝衰竭患者提供除了肝移植以外的全新治疗方法，让我们一起期待下一步的临床结果！仁济医院肿瘤介入科硕士研究生李伟建、上海赛立维生物科技有限公司朱雪晶、仁济医院麻醉科硕士研究生袁天杰为共同第一作者。鄢和新教授为本文通讯作者、仁济医院肿瘤介入科翟博主任医师以及麻醉科俞卫峰主任医师为共同通讯作者。原文链接：https://stm.sciencemag.org/content/12/551/eaba5146/tab-pdf 
（责任编辑：tqh）