近日，江北新区南京生物医药谷园区北京大学分子医学南京转化研究院孵化企业专注于“细胞焕新”药物开发的昕瑞再生传来科研捷报。7月26日，北京大学未来技术学院教授、昕瑞再生创始人及首席科学家赵扬研究员团队在国际肝脏学期刊《HEPATOLOGY》上在线发表了题为Direct chemical induction of hepatocyte-like cells with capacity for liver repopulation 的研究成果。该研究开发了一种使用化学小分子方法逐级激活内源转录因子从而诱导成纤维细胞向功能性肝实质细胞重编程的体系。

经过鉴定，诱导来源的肝细胞不仅与原代肝实质细胞基因表达谱相似，且具有肝细胞的吸收、代谢功能和重要酶活。更重要的是，该细胞具有体内功能，通过细胞移植能在体内重建小鼠的肝脏组织，挽救遗传性肝功能缺陷小鼠的生存率。

知难而进，持之以恒

如何获取大量功能性肝实质细胞是再生医学领域一个重要而又亟需解决的难题。传统的路径是先把体细胞诱导为iPS细胞，然后再诱导iPS细胞的逐级分化，但这样的路径工艺复杂，细胞在体外需要经历长时间的诱导和培养。近年来，化学小分子逐渐被用于诱导细胞命运的转化及重编程，这种化学重编程方法具有不破坏基因组、作用可逆、方便微调、以及易于标准化等优点，因此发展前景广阔。

但迄今为止，还没有纯化学小分子诱导直接重编程的方法可以诱导产生具有体内再生和肝脏重建功能的肝实质细胞。是否能够走通这样的技术路线？什么小分子能达到这样的效果？带着一系列的问题，北京大学未来技术学院赵扬研究员带领他的学生们像树一样，将根深深扎入黑暗地底，数年来日复一日地进行着大量的文献调研、实验与组会，在曲折前行里竭力解开一个个科学谜题。

功不唐捐，厚积薄发

经过细致的研究，赵扬研究员团队发现，在已报道的化学诱导多能干细胞重编程体系的最早阶段，已经激活表达了部分肝实质细胞发育和功能相关的转录因子。通过将这些细胞切换到适合肝实质细胞培养的培养体系，并微调小分子浓度的切换时间，研究者成功开发了直接将小鼠成纤维细胞重编程为有功能的肝实质样细胞（Chemically induced hepatocyte-like cells，CiHeps）的体系。

经过进一步鉴定，研究者发现CiHeps具有与直接从体内分离获得的原代肝实质细胞具有高度相似的基因表达谱，并在体外功能的测试中展现出与原代肝实质细胞相似的功能。尤其在药物代谢方面，CiHeps同时具备细胞色素P450（Cytochrome P450，CYP）和尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸基转移酶（UDP-glucuronosyl transferase，UGT）活性。更重要的是，CiHeps还能在小鼠的体内发挥功能，挽救刀豆蛋白A诱导的肝衰竭和死亡，减少肝损伤，以及整合到肝脏原位，重建Fah–/–Rag2–/–Il2rg–/–（FRG）小鼠的肝脏，并降低肝脏的纤维化，改善肝脏功能。这表明CiHeps是一种功能性成熟的肝实质样细胞。

随后，对化学重编程的分子路径的研究发现，肝脏富集转录因子如Foxa1/2/3、Cebpa、Nr1i2、Hnf4a和Nr1h4等的逐级激活介导了CiHeps的诱导。其中Hnf4a的激活是其中最关键的一个步骤，甚至单独过表达这个基因就能够结合其它小分子直接诱导成纤维细胞向肝谱系的重编程。此外，单细胞RNA测序还揭示了这种化学重编程方法的其它副产物，胃肠样细胞和角质上皮样细胞。研究者的进一步分析阐释了成纤维细胞向这些功能性上皮样细胞发生命运转变的调控过程，以及向各个细胞谱系发展的关键调控因子（图1）。

图1.化学小分子诱导细胞重编程的模式图

综上，该研究通过使用化学小分子激活肝富集因子的逐级启动，实现了成纤维细胞的直接重编程，不经过iPS细胞的诱导就直接获得了功能成熟的肝实质样细胞。通过研究这种化学诱导的肝谱系重编程方法的分子路径和调控过程，提供了一种开发化学诱导直接重编程方法的系统性思路和肝实质细胞命运建立的分子路径，这种方法有希望进一步拓展到人类细胞中，满足再生医疗领域治疗急、慢性肝衰竭对于大量肝脏实质细胞来源的需求。

道阻且长，行则将至

有意思的是，这一工作不只是提供了肝脏再生的一个新的细胞来源，还为再生医学领域开拓了一个不依赖iPS技术并快速获取多种功能细胞类型的新途径。赵扬研究员团队发现，化学诱导多能干细胞重编程体系的最早阶段被激活除了与肝脏谱系相关的转录因子，也包括生物发育早期其他器官的一系列重要的转录因子。

赵扬研究员团队前期和北京大学汤超实验室、中科院动物所郭帆实验室合作曾揭示这种多谱系转录因子的激活过程，以及表观遗传状态的开放性，并且利用这个特殊的化学激活多谱系预设状态（Chemically activated multi-lineage priming，CaMP）大大提升了化学诱导神经元和肌肉细胞的直接重编程效率。这一小分子诱导肝实质细胞的工作是对基于CaMP状态细胞获取新的功能细胞途径的一个验证。

这种通过先诱导成纤维细胞进入多谱系激活状态（而不是iPS细胞），再将其特化到特定细胞类型的方法（图2）也将有望拓展到再生医学领域其它有需求的细胞类型（例如心肌细胞、内皮细胞、胰岛beta细胞）上，为再生医学获取功能性细胞提供一个更快、更有效、且回避iPS细胞相关争议的新途径。

图2.化学激活多谱系预设状态促进化学诱导功能性细胞重编程过程的概念图

将实验室的科研成果进一步转化并应用到临床是一件意义非凡的工作、也是赵扬研究员一直想做成的事情。在有限的时间与能折腾的年纪里为社会多做一些贡献成为了他创业的源动力，因此以“重塑细胞命运，创新再生医疗”为宗旨的南京昕瑞再生医药科技有限公司应运而生。几年时间内，公司已经组建了30余人的研发团队。

与此同时，公司联合赵扬研究员所带领的北京大学“细胞重编程与再生医疗研究室”合作，开发出一种操作简便、快速、价格低廉的高度集成化的基于转录组测序的高通量药筛方案——Plastech-seq，并基于此平台整合人工智能及细胞培养、iPS分化等领域的先进技术，有效实现且全面升级了一个基于细胞表型的药物发现平台——“细胞焕新”药物发现系统。

凭借调控细胞命运小分子研发的强大能力、以及扎实的底层平台技术，昕瑞再生一直努力开发以重塑细胞命运为原理（组织器官原位再生、纤维化逆转、肿瘤细胞重编程）的创新药，不仅仅在培养皿里开发和生产用于再生医疗的细胞，还致力于开发诱导细胞原位再生的小分子，努力成为再生医学新疗法研发的领导型企业。

据悉，南京昕瑞再生医药科技有限公司为本研究提供了大量技术支撑及软硬件支持。同时，本文一作白云飞已担任昕瑞再生高级研发科学家，为再生医学新方法的开发和应用继续奋斗！

关于昕瑞再生

昕瑞再生于2019年成立，基于创新的“细胞焕新”药物发现平台，致力于开发组织器官原位再生、纤维化逆转、肿瘤细胞重编程等原理的创新药物。公司创始人团队来自北京大学，曾在干细胞及再生医学领域有20年研发经验并取得国际领先的研究成果。目前，公司已自主研发建立了基于细胞表型的下一代新药研发技术体系，包括高通量靶向转录谱测序技术、基于细胞图像的机器学习技术等新药筛选平台，结合iPS细胞分化及原代细胞培养新技术、先进的小分子靶点及MOA解析技术、人工智能等。以疾病细胞的焕新和修复再生为原理，昕瑞再生已获得多个有转化前景的先导化合物。