中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次在大鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)肝臟人源化
近年來，以人源化肝臟和血液為主的小鼠模型成為研究熱點(diǎn)，有望成為闡明人類疾病發(fā)生機(jī)制，推動(dòng)新藥研發(fā)的重要臨床前研究模型。然而，小鼠體型大小和生理功能均與人體存在巨大差異，且有采樣少、不利于藥物代謝動(dòng)態(tài)監(jiān)控等缺陷，嚴(yán)重限制了肝臟人源化小鼠在疾病模擬和藥物篩選中的應(yīng)用。因而亟需開發(fā)更大肝臟人源化動(dòng)物模型。但目前缺少針對(duì)較大體型動(dòng)物的人源肝細(xì)胞再殖預(yù)處理方案，人源化肝臟尚無法在小鼠以外模型中實(shí)現(xiàn)。
大鼠，比小鼠大十倍以上，易于手術(shù)、采樣與藥物代謝動(dòng)態(tài)觀察，生理和病理更接近于人。大量藥物毒理和藥代外推數(shù)據(jù)建立在大鼠模型基礎(chǔ)之上，決定著新藥研發(fā)的命運(yùn)。開發(fā)肝臟人源化大鼠模型不僅能進(jìn)一步反映人類肝臟毒理藥代特征，也能充分滿足采樣需求實(shí)現(xiàn)藥物代謝動(dòng)態(tài)分析，從而加速新藥研發(fā)，更將為人源化大動(dòng)物模型構(gòu)建提供理論借鑒和橋接作用。
2021年8月11日，中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心惠利健研究員、日本筑波大學(xué)醫(yī)學(xué)醫(yī)療系消化外科、五邑大學(xué)廣東省醫(yī)學(xué)大動(dòng)物模型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究院鄭允文教授及華東師范大學(xué)李大力教授等合作在Advanced Science雜志在線發(fā)表了研究論文，建立了一套適合較大體型動(dòng)物人肝細(xì)胞移植的預(yù)處理方案， 進(jìn)而構(gòu)建了世界首個(gè)超過30%人源化肝臟嵌合率的大鼠，有望為臨床藥物開發(fā)和人類疾病模擬提供又一理想動(dòng)物模型。
團(tuán)隊(duì)前期利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建了延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）基因敲除大鼠，發(fā)現(xiàn)Fah–/– 大鼠相比小鼠表現(xiàn)出更接近人類酪氨酸血癥的肝損傷病理表型（肝纖維及硬化），而且可作為同種肝細(xì)胞移植模型。
本研究進(jìn)一步構(gòu)建了適合人源細(xì)胞移植的嚴(yán)重免疫缺陷 Fah–/–Rag2–/–IL2rg–/–（FRG）大鼠。
創(chuàng)造可控性肝損傷環(huán)境是實(shí)現(xiàn)人源肝細(xì)胞長(zhǎng)期嵌合再殖的必要條件。團(tuán)隊(duì)首先研究發(fā)現(xiàn)：
在相同肝損傷壓力下（撤去抑制肝損傷的藥物NTBC），F(xiàn)RG大鼠較之于小鼠表現(xiàn)出更快的肝衰竭和更高的死亡率；
人源肝細(xì)胞在FRG大鼠肝臟中再殖效率顯著慢于小鼠肝臟。
這些結(jié)果提示了在大鼠中進(jìn)行肝損傷調(diào)控以實(shí)現(xiàn)肝臟人源化的困難。
研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了NTBC藥物濃度和處理時(shí)間對(duì)肝損傷程度和動(dòng)物死亡率的影響，開發(fā)出一套簡(jiǎn)易的低濃度結(jié)合固定時(shí)間NTBC循環(huán)加藥的預(yù)處理方案，能夠在確保高存活率（5個(gè)月存活率 > 80%）的前提下維持慢性肝損傷，實(shí)現(xiàn)了人源肝細(xì)胞移植后在大鼠肝臟內(nèi)穩(wěn)定的高比例再殖。人源化大鼠肝臟在藥物代謝酶的表達(dá)上與人原代肝細(xì)胞相似，并呈現(xiàn)出與人類肝臟一致的代謝基因區(qū)域表達(dá)（liver zonation）特征；
更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)以抗病毒一線藥物齊多夫定（zidovudine）為例，測(cè)試了負(fù)責(zé)1/3臨床藥物體內(nèi)代謝的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶2B7(UGT2B7)的活性，證實(shí)了人源化大鼠具有人類特有的體內(nèi)藥物代謝譜和動(dòng)力學(xué)特征。
長(zhǎng)期、連續(xù)多點(diǎn)采樣（血、膽汁、尿等）檢測(cè)是藥物評(píng)估的重要需求，人源化大鼠模型克服了小鼠在臨床前研究領(lǐng)域的局限，為新藥研發(fā)、人類疾病模擬和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了新的機(jī)遇。隨著移植效率的不斷提高，人源化周期不斷縮短，其在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和臨床前研究中的價(jià)值將會(huì)令人矚目。
中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張魯?shù)腋毖芯繂T和日本筑波大學(xué)葛劍云博士為本文共同第一作者。惠利健研究員、鄭允文教授和李大力教授為本文共同通訊作者，并得到了中科院上海藥物研究所潘國宇教授的大力支持。
參考資料：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101188
