上海生科院惠利健团队揭秘损伤再生中肝细胞“逆生长”的分子基础丨CellPress对话科学家

干细胞与再生医学是当今生命科学领域研究的前沿与热点，具有重要的临床应用价值。研究发现，肝脏损伤中，已分化的肝细胞可通过重编程“逆生长”转化为类肝前体细胞，并 “二次发育”分化成更多新生肝细胞，参与肝脏再生。然而，关于肝细胞发生重编程的分子基础至今仍是未解之谜。

7月3日发表于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Stem Cell上的一篇研究论文中，来自中国科学院（上海）的惠利健研究员团队指出，染色体重塑调控蛋白Arid1a介导肝细胞重编程基因在正常的肝细胞中预打开，使肝细胞具有响应损伤诱导的YAP信号而转录激活重编程基因的潜能，揭示了肝细胞去分化可塑性的分子基础，为利用药物靶向治疗肝脏损伤提供新思路。

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以往的体细胞重编程研究已揭示转录因子和信号通路在体细胞重编程中的重要作用，然而，关于表观遗传调控与体细胞重编程之间的联系尚不清楚。该项研究对肝脏相关表观遗传调控蛋白进行信息学分析，发现染色体重塑蛋白Arid1a与体内肝细胞重编程高度相关。

惠利健研究团队通过构建肝细胞中Arid1a敲除的缺陷小鼠，发现Arid1a缺失会抑制肝脏损伤修复，证实了Arid1a在促进肝细胞“逆生长”为类肝前体细胞中的作用。鉴于Arid1a是多蛋白SWI/SNF染色质重塑复合体中的关键组分，科研人员通过ATAC-seq技术研究染色质开放区域，发现在肝脏正常状态时，Arid1a调控肝细胞重编程基因在正常的肝细胞中处于预打开状态，帮助肝细胞快速响应受损信号。此外，肝细胞受损时，转录因子YAP即被活化，科研人员结合高质量的ChIP-seq和RNA-seq数据发现，Yap可响应Arid1a介导的肝细胞重编程过程，与肝细胞重编程基因结合，转录激活肝细胞重编程基因的表达，使肝细胞具有响应Hippo/Yap信号通路的分子基础，促使肝细胞“逆生长”。

针对该项研究，Cell Press细胞出版社邀请了论文的通讯作者之一，上海生科所惠利健研究员为大家进行解读。

作者专访

Cell Press：该研究首次将染色体重塑蛋白Arid1a介导的表观遗传调控和体内肝细胞重编程调控建立联系，是什么启发了您从这个新角度去探寻Arid1a的调控作用？

惠利健研究员：这个研究是在实验室长期从事肝脏分子病理以及细胞重编程相关研究的大方向指导下开展和完成的。一方面，实验室前期通过对体外转录因子诱导小鼠成纤维细胞肝向转分化的调控机制研究发现，肝向转分化过程中会发生大规模的染色体重塑，并且染色体重塑会激活ATM/p53介导的“染色体重塑检查点”，抑制细胞发生重编程【1】。另一方面，近几年领域内的研究也表明体内损伤过程存在肝细胞重编程介导的再生。这些启发我们去研究体内损伤诱导的细胞重编程中，是否存在类似的染色体重塑调控。第一作者李维平同其合作者，对肝脏相关表观遗传调控蛋白进行信息学分析，发现Arid1a这个染色体重塑蛋白与体内肝细胞重编程高度相关。有意思的是， Arid1a在肝细胞癌中存在高频突变，因为肝脏再生缺陷和肿瘤发生存在密切关系，进一步提示Arid1a可能参与肝脏再生调控。综合这些，我们决定深入探寻Arid1a是否参与体内损伤诱导的肝细胞重编程。

Cell Press：整个研究过程顺利吗？期间遇到了哪些难题，是如何解决的？

惠利健研究员：同大多数研究项目一样，这个研究也是时而顺利，时而艰苦。主要遇到两个问题。一个是实验技术层面，再一个是论文概念凝练。实验技术层面的难题主要是利用ChIP-seq的方法检查Yap在染色体上的结合。面对这一技术难题，我们团队的李维平博士通过尝试不同的实验方法，优化实验步骤，在团队其他成员和合作者的支持下，最终获得了高质量的Yap ChIP-seq数据，解析了Arid1a对Yap在染色体上结合的影响。在概念凝练上，ATAC-seq数据分析表明非常多的重编程相关基因，在肝细胞重编程之前就已经预打开。就此现象，我们同领域专家进行了大量深入讨论，包括生化细胞所景乃禾研究员和U Penn Ken Zaret教授等，最后受发育生物学“developmental competence”启发，提出“reprogramming competence”这个概念。这一概念描述了分化的成体肝细胞仍然保留前体细胞相关基因的染色体开放状态，使其在外界再生信号作用下可以被重编程，从而给出了分化细胞可塑性的分子基础。

Cell Press：这项研究揭示了肝细胞去分化可塑性的分子基础，是在细胞再生医疗领域中的一大突破，能否介绍一下您此次发表的研究，主要成果体现在哪些方面？在再生医学中的意义如何？

惠利健研究员：此次发表的研究成果主要体现在这几个方面：（1）该研究首次将染色体重塑蛋白Arid1a介导的表观遗传调控和体内肝细胞重编程调控建立联系；（2）该研究进一步阐明了肝细胞重编程是肝脏损伤再生的一种重要方式；（3）该研究的发现表明相对体外肝向转分化，体内肝细胞基因组上重编程相关基因已经处于一个 “可塑” 状态，损伤诱导肝细胞去分化并不需要剧烈的染色体重塑；（4）该研究发现了一种新的体内表观遗传调控-转录因子协同作用机制来调控体内细胞的可塑性。这些成果对在损伤的肝脏中，利用肝细胞重编程促进肝脏的损伤再生提供了深入研究的突破点。

Cell Press： 您的团队进一步的研究方向是什么？后续还有哪些工作需要进行？

惠利健研究员：基于这个研究工作，我们将进一步研究体内肝脏细胞重编程的其它调控机制，尤其是损伤微环境和胞内的表观遗传修饰是如何协同调控损伤诱导的肝细胞重编程。后续开展的工作包括利用单细胞测序解析体内肝细胞重编程的动态过程、鉴定重要的调控肝细胞重编程基因以及肝细胞重编程是否参与肝脏肿瘤的发生等。

论文主要作者简介

关于 惠利健 研究员

中国科学院上海生命科学研究院研究员，获得中组部国家“万人计划”领军人才，基金委“国家杰出青年基金”，中国科学院“百人计划”等资助。主要着力于肝组织损伤再生及其相关疾病发生的调控研究，以图揭示肝脏再生和癌化过程中细胞属性维持与转变的作用和分子机制，为终末期肝病和肝癌提供新的治疗策略。迄今以通讯作者/共同通讯作者在Nature, Cell Stem Cell, Nature Cell Biology, Hepatology, Cell Research等杂志上发表原创性论文20余篇。获中国青年科技奖，上海市科学技术一等奖，上海市青年科技杰出贡献奖，谈家桢生命科学创新奖等奖项。

关于 李维平 博士

本科毕业于合肥工业大学，2019获中国科学院大学上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所博士学位，导师为惠利健研究员。博士研究生期间主要从事细胞可塑性在肝脏再生和癌化过程中的作用及其调控分子机制的研究。以第一作者/共同第一作者在Cell Stem Cell，Journal of Hepatology和Hepatology杂志上发表原创性学术论文和综述4篇，并获中国科学院大学国家奖学金。

相关论文信息

论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Stem Cell上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

论文标题：

A Homeostatic Arid1a-Dependent Permissive Chromatin State Licenses Hepatocyte Responsiveness to Liver-Injury-Associated YAP Signaling

论文网址：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(19)30272-3

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.stem.2019.06.008

参考文献 

1. Ji S, Zhu L, Gao Y, Zhang X, Yan Y, Cen J, Li R, Zeng R, Liao L, Hou C, Gao Y, Gao S, Wei G, Hui L. Baf60b-mediated ATM-p53 activation blocks cell identity conversion by sensing chromatin opening. Cell Research. 2017, May; 27(5):642-656.

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