从肝纤维化到肝衰竭
肝纤维化是由肝脏的持续损伤造成的。病毒、药物、酒精、代谢疾病和自身免疫疾病等都有可能造成肝脏损伤。长期受这些因素侵害的肝脏会发生肝细胞凋亡、炎细胞浸润和内皮细胞损伤等。最后，参与肝纤维化的主要细胞——肝星状细胞（Hepatic Stellate Cells）——被激活。肝纤维化是肝脏为了应答损伤而自发形成疤痕组织的过程。从组织学上讲，它是由细胞外基质合成与降解之间的不平衡引起的。
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肝硬化是一个由于损伤导致的疤痕组织取代肝脏的健康组织的漫长的过程。肝硬化是各种进行性肝病的常见终点，会导致慢性肝衰竭及各种并发症，包括肝脑病、自发性细菌性腹膜炎、腹水和食管静脉曲张等。不幸的是，大多数肝硬化病例在确诊时已处于不可逆的状态。原位肝移植是已知的治疗终末期肝硬化的唯一方法。然而，免疫排斥和捐助来源匮乏等若干问题限制了原位肝移植的普遍应用。
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事实上，肝脏具有相当程度的固有再生能力，可以中止这些有害因素对其造成伤害，阻止肝纤维化的进一步发展，并在某些情况下逆转肝纤维化的进程。在肝细胞增殖不足以修复肝损伤的情况下，肝祖细胞（LPC）会被激活并分化成肝细胞和胆管上皮细胞来激活和参与肝脏的再生。然而，当破坏超过再生时，纤维化是不可避免的。肝衰竭的临床症状通常在大约80%至90%的软组织细胞被破坏后出现。
细胞移植有望取代肝移植
肝细胞已被大量研究证明与肝脏修复密切相关，所以肝细胞移植被提出可以作为肝移植的替代疗法。虽然肝细胞移植在人类中是安全的，但由于器官可用性低、供体移植失败率高、细胞培养生存性弱以及肝细胞的低温易损性等原因，难以进行广泛的临床应用。
研究表明，用干细胞代替肝细胞进行移植，也可以改善受损的肝功能。虽然其作用机制尚不清楚，但主要的潜在机制被认为是双重的：一是通过旁分泌作用改善微环境，二是替代功能性肝细胞。
适合移植的细胞种类
目前，已知至少有三种类型的骨髓衍生细胞可分化成类肝细胞，即造血干细胞、间充质干细胞和内皮祖细胞。大量的临床前研究证明HSC、MSC和EPC在肝损伤模型中能够使肝功能得到恢复。此外，其他干细胞比如胚胎干细胞和诱导多能干细胞也可以分化成HLC。HLC能够帮助已经硬化的肝脏重新恢复功能。
01、造血干细胞
造血干细胞（HSCs）是骨髓内干细胞的主要种群。它们可以更新自己，分化成祖细胞，并且易于从骨髓中分离并循环到血液中。CD34是HSC的表面标记物。常驻在骨髓中的HSC可以由于组织损伤而发生微量调配，也可以通过人工干预而对其进行大幅调配。粒细胞集落刺激因子（G-CSF）是最常用的骨髓HSC动员剂。
由HSC衍生的HLC已被证实有助于肝脏再生，通常被认为是通过两种机制：（1）通过转分化产生新的干细胞；（2）通过细胞输注对常驻干细胞进行基因重组。然而，已有研究证明输注的HSC并非新生肝细胞的直接来源，而更似是通过旁分泌作用产生大量细胞因子来刺激产生胶原酶的巨噬细胞吞噬死细胞，从而促进肝脏再生。此外，HSC还可能促进血管生成。
02、内皮祖细胞
内皮祖细胞（EPC）是未成熟的内皮细胞，通常存在于外周血管和骨髓中。它们由成血管细胞发育而来，并参与全身受损组织的新血管化。由于EPC和HSC表面都表达CD34，因此它们被认为具有共同的前体。
然而，EPC似乎可以从多种细胞谱系中分化出来。一项动物实验表明EPC的移植可以通过抑制肝星状细胞的激活而中止肝纤维化。EPC还能促进肝细胞的增殖并提升基质金属蛋白酶的活性。这些影响与生长因子分泌的增加相关。
03、间充质干细胞
在骨髓中，间充质干细胞（MSCs）的数量比HSC要少得多。它们具有自我更新能力并可以分化成HLC。MSC通常是从骨髓中提取出来的，但也可以从其他组织（如脐带血、胎盘、脂肪细胞等）中获取。不同来源的MSC之间似乎存在与源相关的差异。
将MSC用于治疗的优势在于，它们易于在保持分化潜能的条件下在体内进行间接性扩展，并可以响应归巢信号迁移至受损区域。此外，MSC对先天性和获得性免疫系统均具有免疫调节特性，并能够分泌多种营养因子，包括有利于肝脏再生的生长因子和细胞因子等。其中一些营养因子可以使已经出现复制性衰老的肝细胞恢复活性。
由于在治疗方面具有这些优势，MSC已成为实验和临床研究中被最广泛关注的干细胞种类。尽管在动物模型中输注的骨髓MSC可以移入宿主肝脏并缓解纤维化，但仍有大量证据表明MSC是通过旁分泌机制而非转分化来发挥作用的。MSC的旁分泌作用可以调整已激活的肝星状细胞的机能，降低促炎和促纤维化细胞因子的活性，刺激肝细胞增殖，并通过基质金属蛋白酶促进胶原蛋白降解。
04、胚胎干细胞
1998年，Thomson等人首次从胚囊的内细胞团中导出和特征化了人类胚胎干细胞（ESCs）。ESC具有多能性且能分化成具有一些成熟肝细胞特性的HLC。由体外培养的ESC分化出的HLC能表达一些肝细胞相关基因并模仿肝功能。胚胎干细胞衍生的HLC一经移植即具有成熟肝细胞和克隆化肝组织的典型形态。
与activin A、Wnt3a和FGF相关的基本信号是胚胎干细胞成肝诱导的必要途径。ESC衍生的HLC通过细胞替换和旁分泌机制来促进受损肝脏的细胞恢复，从而促进肝脏的内源性再生。人类ESCs似乎能够适应低温存储，而成熟的肝细胞并不能。使用ESC的研究为肝细胞的分化提供了分子基础。尽管在研究层面取得了可喜的成果，但实际和道德壁垒始终排除了人类ESC在干细胞治疗中的应用。
05、诱导多能干细胞
iPSC最初是由山中博士于2006年从小鼠成纤维母细胞中研制出来，通过重编使其具有ESC一样的多能性。iPSC已被发现可以分化成神经元细胞、神经球、心肌细胞、造血细胞、内皮细胞以及能分泌胰岛素的胰岛样细胞团。然而，iPSC衍生的HLC活性极低，仅能达到原代肝细胞活性的0.3%至10%。
动物实验显示iPSC衍生的HLC移植可抑制致死的暴发性肝功能衰竭，促进肝脏再生，并改善肝脏功能。由于免疫抑制和可能的无限供应，iPSC在个性化细胞治疗中具有巨大的应用潜力。然而，在临床应用之前，应妥善解决有关iPSC使用的几个问题，包括畸瘤形成和致瘤性、免疫原性争议、长期安全性和有效性以及最佳的重编和制造过程。
06、其他细胞
与成人相比，胎儿肝祖细胞由于易分离、增殖率高、复育能力强、免疫原性低且抗低温而备受关注。此外，从脐带、胎盘和羊水中可提取出附件干细胞，这些干细胞的来源容易获取，但它们根据来源的不同也可以归类为不同的MSC。
小结
虽然干细胞治疗肝病的探索之路仍然充满挑战，需要大量时间才能攻克，但是，来自世界各地实验室产生的好消息正在不断推进基础研究向临床应用的过渡。随着再生医学的不断进展，干细胞疗法可能成为晚期肝病患者的一种前景可观的治疗方法，在未来有望减少患者对于肝移植的需求。
参考文献
[1]Kwak,Kyeong-Ah et al.“Current Perspectives Regarding Stem Cell-Based Therapy for Liver Cirrhosis.”Canadian journal of gastroenterology&hepatology vol.2018 4197857.29 Jan.2018,doi:10.1155/2018/4197857
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