肝癌，以肝细胞癌（HCC）和肝内胆管癌（ICC）为两种主要类型，是常见且致死率高的恶性肿瘤【1】。肝癌的早期诊断率仅为30%，很多肝癌在发现时已处于晚期,导致其预后差【2】。理解肝癌早期发生的分子事件，有助于制定肝癌早期诊断及预防策略。近几年大量基因组测序结果鉴定了一些HCC和ICC中重要的突变，但这些突变在肝癌早期发生中的作用并不清楚【3,4】。此外，关于肝癌早期发生的另一重要问题是肿瘤的细胞起源，明确肝癌的起源有助于系统且明确地分析肝癌发展过程中的遗传变化。长期以来，肝细胞和胆管细胞分别被认为是HCC和ICC的起源，而近些年的动物模型研究中发现，肝细胞可被转化为HCC和ICC，但这些实验结果很难在患者中得以验证【5,6】。
构建模拟人源肝癌早期发生发展的模型，能够帮助理解人类肝癌早期发生中的分子事件，有助于解决肝癌早期发生中存在的问题。随着近几年类器官技术及基因改造技术的普及，最近在结肠癌及胰腺癌的研究中，已有报道利用人源正常细胞在体外形成类器官，使其具备一定的器官功能及结构，通过相继向其中加入肿瘤早期发生的致癌因子，可方便快捷地分析肿瘤突变所引起的器官结构和功能变化【7-9】。
2019年7月22日，Nature Cell Biology在线发表了惠利健研究组与复旦大学附属儿科医院儿外科郑珊教授、复旦大学附属中山医院病理科纪元老师、日本筑波大学医学医疗系，江苏大学再生医学研究院郑允文教授等合作的研究成果Modeling livercancer initiation with organoids derived from directly reprogrammed humanhepatocytes。该工作将转分化获得的人源肝细胞形成类器官，并向其中引入HCC（hepatocellular carcinomas，肝癌）和ICC（intra-hepatic cholangiocarcinomas，肝内胆管细胞癌）相关的致癌基因，在体外模拟人类HCC和ICC的发生。通过对携带致癌基因的类器官的结构和功能分析，探索出潜在的早期预防和治疗策略。
惠利健组前期利用重编程方式获得的可增殖的人源肝细胞hiHep【14】，在本研究中，他们通过hiHep自组装形成肝脏类器官，使得转分化获得的肝细胞hiHep具有一定的肝极性结构及提高的肝功能。通过引入致癌基因c-MYC后发现，肝类器官可在体外逐步呈现HCC的结构和功能，并且移植入体内后可形成肝细胞癌。有趣的是，电镜的超微结构显示c-MYC的引入使得肝类器官中出现线粒体和内质网过多的相互作用，改变了原有的线粒体的裂变和有氧呼吸，促进了HCC的发生。通过向肝类器官中引入ICC的致癌因子发现，RAS等突变基因能够使得重编程的肝细胞转化为ICC。进一步在体外通过对肝类器官的转化过程分析发现，RAS诱导的细胞属性转化过程不经过肝前体阶段，可能是一个转分化过程。总的来说，该项工作在体外建立了人源模型模拟人类HCC和ICC的发生，通过引入不同的致癌因子，可用该模型探究肝癌早期发生中分子和细胞的变化以及开发新的预防策略。
概括起来，该研究主要有以下三项创新点：
1. 利用hiHep通过细胞自我组装在体外构建了人源肝类器官模型，具有排列整齐的肝结构和提高的肝功能，可用于模拟致癌基因对肝组织结构和功能的影响；
2. 通过向hiHep肝类器官中引入HCC相关的致癌因子，可探究其在HCC发生发展中的作用。以c-MYC为例，发现c-MYC的引入缩短了线粒体和内质网间的距离，并影响其有氧呼吸，诱导了HCC的发生。
3. 该研究通过在人源的肝类器官中筛选多个ICC相关的致癌因子，证明RAS可诱发肝细胞转化为ICC。该研究首次在人源模型中证明了肝细胞可以作为ICC的起源。
总的来说，该研究提供了在体外研究肝癌发生发展的模型，并以c-MYC和RAS为例，探究肝癌起始发生中出现的结构和功能的变化并依此探寻肝癌早期预防的新靶点，为肝癌早期发生的研究提供新的模型和研究方向。未来，科研工作者可利用此模型，通过相继引入不同的致癌因子及添加多种微环境因素，如免疫细胞，基质细胞等，可进一步模拟肝癌的早期发生及发展过程。
中科院生物化学与细胞生物学研究所博士研究生孙露露和复旦大学附属儿科医院博士研究生王雨晴为本文共同第一作者，中科院生物化学与细胞生物学研究所惠利健研究员、复旦大学附属儿科医院儿外科郑珊教授、复旦大学附属中山医院病理科纪元老师、日本筑波大学医学医疗系，江苏大学再生医学研究院郑允文教授为本文共同通讯作者。
惠利健组研究工作以肝脏为实验体系，着力于鉴定组织损伤再生及其相关疾病发生的分子和细胞调控，关注肝脏再生和癌化过程中细胞属性维持与转变（包括转分化、去分化等）的作用和分子机制，并希望能为终末期肝病和肝癌提供新的治疗策略。
前期工作揭示了高等动物细胞的跨胚层转分化能力（Huang et al, Nature, 2011）[10]；此外合作发现肝脏损伤再生过程胆管细胞向肝细胞的转分化（Deng et al, Cell Stem Cell, 2018）[11]；并鉴定了转分化过程的染色体变化，提出了“染色体重塑检查点”理论（Ji et al, Cell Research, 2017）[12]，并发现体内去分化的“reprogramming competence”(Li et al, Cell Stem Cell, 2019)【13】。
此外，研究组成功将人类非肝细胞直接转分化为功能肝细胞（hiHep，Huang et al, Cell Stem Cell, 2014）【14】，并依此构建了新型生物人工肝装置，成功救治肝衰竭大动物（Shi et al, Cell Research, 2016）[15]，进入了临床转化。近期，利用去分化的概念，实现了体外原代肝细胞的扩增（Zhang et al, Cell Stem Cell, 2018）[16]。通过属性转变获得的功能肝细胞，研究肝细胞替代治疗在再生相关疾病中的应用以及体外肝脏再生相关疾病的模拟（Min et al, Nature Cell Biology, 2012; Sun etal, Nature Cell Biology, 2019）[17]。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41556-019-0359-5
制版人：小娴子
参考文献
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17. Min, L.H. et al. Liver cancerinitiation is controlled by AP-1 through SIRT6-dependent inhibition ofsurvivin. Nature Cell Biology 14, 1203-+ (2012)
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