引用本文： 劉偉偉, 羅昆侖. 肝再生臨床應用研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2017, 24(4): 512-517. doi: 10.7507/1007-9424.201608105 復制
肝臟具有一定的再生能力，受傷后短時間內可以恢復到原有體積[1-2]。臨床上肝切除術后、肝移植術后或肝中毒損傷后均可以觀察到肝再生，肝再生包括所有細胞的增生。肝切除術后肝細胞在 1 d 內則開始復制，但非實質細胞如內皮細胞、Kupffer 細胞和膽管細胞其修復時間開始得要晚些[3]。目前，負責維持肝臟再生的分子機制仍不十分清楚。但顯而易見的是肝臟在細胞損傷和過度增長之間保持著一種微妙的平衡[4]。深入認識肝臟再生離不開臨床問題。另外，一些新的實驗方法提供了更多的關于肝再生和肝衰竭的信息[5]。筆者現就有關肝再生的研究（表 1）進行綜述，旨在深刻了解肝再生機制基礎上更好地在臨床上開展肝移植及肝臟大部切除術，并為各種肝臟疾病提供更好的診斷及治療措施。
表1
有關肝再生方面的研究
1 肝再生機制
肝切除術后剩余肝臟相應增生[1]。在部分肝切除術后，非成熟的肝細胞很快進入細胞周期，通過復制肝臟恢復了原有的體積。關于肝再生的生理觸發器有2個主要觀點[23]，一是肝部分切除術后，單位體積肝臟能量需求的增加產生一個早期的應力信號[24]；另一個是血流動力學因素的改變引起肝再生。雖然血液流動和肝臟再生有明確的相關性，但血液流動在肝再生時所扮演的角色仍不清楚[23]。幾種不同的肝臟損傷包括病毒性和中毒引起的肝炎都可以引起類似的肝再生。
1.1 標準肝再生
肝再生的起始階段，是各種炎癥因子共同作用的結果[25]。在正常肝臟中，肝細胞通常處于 G0 期，肝臟損傷后便進入了 G1 期。腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）是由 Kupffer 細胞產生的，通過結合各自的受體調控肝再生的啟動階段（G0 期到 G1 期）[26-27]。肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）和轉化生長因子-α（transforming growth factor-α，TGF-α）被認為是啟動 G1 期到 S 期起作用的因子[28-29]。這些因子通過結合相應的受體刺激了 DNA 的復制和細胞的有絲分裂[30]。TGF-β1 是被證明的肝細胞增殖抑制因子[31-32]。在正常的肝臟組織中，HGF 和 TGF-β 具有拮抗作用。在肝再生的起始階段，HGF 信號比 TGF-β 更強大，而在肝再生的終末階段，則會恢復到最初的平衡[33]。激活素是肝再生的一種抑制劑，它可以選擇性地抑制肝臟細胞的復制；當肝臟的體積恢復到它原來的體積時，激活素 A、細胞凋亡機制和其他一些因素就會終止肝臟再生的進程[34]。最新研究發現，肝再生過程中各種炎癥因子作用的同時會有膽管反應參與[7]。表 2 總結了參與肝再生的各種細胞因子和生長因子的功能[35]。
表2
參與肝臟再生的細胞因子
切應力對肝臟再生是一個強有力的刺激因素。肝切除術后，增加的門靜脈血流增強了切應力，通過對肝細胞和肝竇內皮細胞的作用引起肝臟的再生和調節肝臟的大小。在內皮上的切應力是調節肝再生、肝體積、肝生長及萎縮的強大動力[36]。血流動力學增加了肝臟中的切應力，產生了一氧化氮。然后，一氧化氮引起了肝臟的再生級聯[37]。近年研究發現，膽汁酸在肝再生過程中起到了重要的調控作用，膽汁酸對肝再生的調控通過其與法尼酯 X 受體（farnesoid X receptor，FXP）的結合激活細胞內受體實現的[9]。
1.2 卵圓細胞介導肝再生
在大鼠或小鼠的肝部分切除模型中，肝部分切除術后，當肝細胞復制被抑制時可以檢測到卵圓細胞。在慢性肝臟疾病的患者中很難找到卵圓細胞介導肝再生。卵圓細胞的起源尚不清楚，但也有證據證明其可能來自膽管成分[38]。不像標準肝再生，卵圓細胞介導的肝再生沒有肝細胞增殖。當肝細胞增殖受到限制時，膽管細胞增殖和擴大變成卵圓細胞。在這些細胞的基因中有膽管細胞和肝細胞的特征，卵圓細胞可轉變成肝細胞表型[39]。
2 肝再生的臨床應用
對肝再生的研究主要集中在對肝臟疾病的治療，特別是對肝臟慢性疾病和肝臟腫瘤的各種肝切除術。近些年來，對肝再生的這些創新研究，肝切除術的效果得到了明顯的提高[40]。但是術后肝衰竭仍然是肝切除術后最危險且是致命的術后并發癥[41]。有許多不同的標準評價術后肝衰竭。最常用的是 50-50 的標準，即術后 5 d 的凝血酶原時間≤50%，血清總膽紅素≥50 μmol/L[42]。在 2011 年，國際肝臟研究小組描述了術后肝衰竭的 3 個等級[43]。這個標準的制定是基于臨床上對慢性肝臟疾病肝再生潛力有了更深刻的了解。
2.1 門靜脈栓塞（PVE）
PVE 是最好的例子說明肝臟再生的研究在臨床上的應用。術后肝衰竭與剩余肝臟體積較小有關[44]。門靜脈阻斷（PVO）后使剩余肝臟體積增大后行二期肝切除術是一種較好的策略[3]。在 20 世紀 80 年代，Kinoshita 等[45]最早應用 PVE。通常有兩種阻斷門靜脈的方法，即放射學 PVE 和外科門靜脈結扎（PVL）。肝臟損傷后，各種生長因子被激活并從小腸到達肝臟，這些因子是通過門靜脈而非肝動脈到達肝臟的，進而誘導了許多分子和細胞的改變[46]。門靜脈阻斷誘導了阻斷側細胞的凋亡和對側肝細胞的增生[47]。PVE 僅用于高風險肝切除術后剩余肝臟體積相對較小的患者[48]，沒有普遍適用性。Schindl 等[44]觀察了肝功能異常評分與相對肝臟剩余體積的關系后指出，需要避免肝功能異常的剩余肝臟體積的最小值為 26.6%。對于正常肝臟，如果剩余肝臟體積大于原肝體積的 30%，肝切除術是安全的；對于肝硬變的肝臟，基于我們目前的實踐和可用數據，這個臨界值是 50%[3]。
2.2 活體肝移植
活體供肝移植是肝再生方面最有代表性的研究，雖然亞洲提供的臨床結果是可觀的，但仍然有障礙需要克服。2008 年，Ghobrial 等[49]觀察了活體肝臟供體的并發癥發生情況，總體并發癥發生率是 38%，148 例活體肝臟供體術后發生的并發癥有 220 種，根據 Clavien 分級標準，Ⅰ級并發癥占 48%，Ⅱ級并發癥占 47%，Ⅲ級并發癥<4%，Ⅳ級并發癥（直接導致死亡）占 1.4%。為了活體肝臟供體的安全，需要盡量縮小移植肝的大小，但是移植肝的大小又與接受者的預后明確相關，因此必須保持兩者之間的平衡。就供體安全性和受者預后而言，肝再生方面的研究對于改善供受體的臨床預后是十分重要的。
2.3 小肝綜合征
通過活體供肝移植進一步認識了肝再生，在小肝綜合征的治療方面也取得了一定進步。小肝綜合征主要表現為長期膽汁郁積和難治性腹水[50]。術后 14 d 血清總膽紅素大于 86.2 mol/L 被定義為長期膽汁淤積；難治性腹水被定義為術后 14 d 腹水量為 1 L/d 或者是術后 28 d 腹水量為 500 mL/d[51]。2008 年，Ikegami 等[52]總結了小肝綜合征的可能原因及其可能的解決方案：移植物的體積大小、質量和血流量多少作為移植物相關因素，門靜脈高壓和肝臟疾病嚴重程度作為受者相關因素。右肝葉移植、輔助移植可克服移植物體積的不足；門靜脈分流、脾區血流控制有利于入肝血流量的調控，可預防小肝綜合征的發生。對移植物質量差者，可采用年輕的供者或供者的飲食計劃以改善肝臟的脂肪變性；對于病情較重的受者，增加移植物的體積和調控血流量可能有助于其接受移植物。
2.4 聯合肝臟分割和門靜脈結扎分步肝切除術
聯合肝臟分割和門靜脈結扎分步肝切除術（associating liver partition and portal vein ligation for staged hepatectomy，ALPPS）指的是肝臟原位離斷和門靜脈選擇性阻斷，目的是誘導肝臟肥大。2012 年，Schnitzbauer 等[53]首次報道了此種手術方式，據報道該方法誘導肝臟肥大平均達 74%，結果優越于單獨運用 PVL 或 PVE。Knoefel 等[54]證明 ALPPS 為治療肝切除術以及 PVE 術后失敗的患者導致的肝臟剩余體積不足提供了一個機會。Zhang 等[55]報道 ALPPS 明顯提高了肝癌的可切除性，但其機制目前仍不明確。
2.5 干細胞和肝臟再生
2007 年，Takahashi 等[56]發現多能干細胞來自成人成纖維細胞。在以細胞為基礎治療肝臟疾病方面，該發現將有可能引發明顯的治療策略的改變。最近，有肝細胞移植成功的動物實驗，證明肝干細胞的可能標志物是 lgr5, 并且干細胞需要 Wnt 蛋白的維持[57]。如果能解決干細胞的來源問題，將可以用不同的干細胞如自體誘導的多能干細胞、間葉細胞的干細胞、內源性肝干細胞/祖細胞等盡可能多的材料用于肝移植[58]。有研究[59]表明，骨髓間充質干細胞可以增加血管生長因子的表達，從而促進肝細胞生長因子的表達。2015 年，Wang 等[8]報道有分泌性蛋白 Wnt 覆蓋的細胞就是干細胞，同時該報道稱發現了位于中央靜脈周圍的干細胞，并且肝干細胞需要 Wnt 信號以保持它們干細胞的身份。這將有望提取肝干細胞進行體外培養出類肝器官。
3 最近的趨勢和未來前景
組織工程學聯合細胞、生物支架和活性分子可以作為一種有用的治療方法[60]。其中 3D 支架起到至關重要的作用，通過調節細胞功能和誘導形成新的組織和器官，可為移植細胞提供足夠的空間以及物理和生物信號，這些物理和生物信號促進了細胞的黏附、遷移、復制和分化；同時 3D 支架可以集合這些新生的細胞和基質釋放入有功能的組織和器官[61]。2010 年，Ott 等[62]用脫細胞肺制造了人工生物肺，他們通過洗滌劑灌注成功制造了沒有細胞的血管、氣管和肺泡支架，并成功將再生的人工肺移植到原來的位置。在 2010 年，Uygun 等[63]演示了脫細胞三維肝臟的體系結構和它的功能脈管系統以及原始的基質成分；而且，移植物在體外可以達到再細胞化。說明這種人工肝是可行的。2013 年，Takebe 等[29]用多能干細胞構造了有功能的人工器官，通過體外培養的多能干細胞生產出了有脈管系統的人類肝臟。3D 打印技術指的是用 3D 模型或其他電子數據來源通過許多的過程制作三維物體，主要是在電腦的控制下通過對連續層的添加過程。在不久的將來，我們可以用 3D 打印技術打印生物肝臟。
4 總結
肝再生在許多年前就被人們所熟知，在最近幾十年我們開始去了解其機制。近來研究者們專注于了解肝切除術后和肝移植術后肝臟的再生。用新的方法可以改變對肝功能異常的治療策略，例如：術后肝剩余體積的不足和小肝綜合征。肝再生有許多的臨床應用，利用門靜脈阻斷可以允許切除大量的肝臟組織而又避免了肝功能衰竭的風險。肝細胞移植可以重新將肝細胞注入肝臟來治療先天性肝臟代謝疾病。此外，肝再生療法可以為活體肝移植提供創新支持。在不久的將來，我們可以用個人自己的細胞制作人工肝臟，這是最好的方法去支持肝臟移植，不需要用免疫抑制藥物。總之，肝再生的研究為檢測和治療一系列肝臟疾病提供了新的策略。
肝臟具有一定的再生能力，受傷后短時間內可以恢復到原有體積[1-2]。臨床上肝切除術后、肝移植術后或肝中毒損傷后均可以觀察到肝再生，肝再生包括所有細胞的增生。肝切除術后肝細胞在 1 d 內則開始復制，但非實質細胞如內皮細胞、Kupffer 細胞和膽管細胞其修復時間開始得要晚些[3]。目前，負責維持肝臟再生的分子機制仍不十分清楚。但顯而易見的是肝臟在細胞損傷和過度增長之間保持著一種微妙的平衡[4]。深入認識肝臟再生離不開臨床問題。另外，一些新的實驗方法提供了更多的關于肝再生和肝衰竭的信息[5]。筆者現就有關肝再生的研究（表 1）進行綜述，旨在深刻了解肝再生機制基礎上更好地在臨床上開展肝移植及肝臟大部切除術，并為各種肝臟疾病提供更好的診斷及治療措施。
表1
有關肝再生方面的研究
1 肝再生機制
肝切除術后剩余肝臟相應增生[1]。在部分肝切除術后，非成熟的肝細胞很快進入細胞周期，通過復制肝臟恢復了原有的體積。關于肝再生的生理觸發器有2個主要觀點[23]，一是肝部分切除術后，單位體積肝臟能量需求的增加產生一個早期的應力信號[24]；另一個是血流動力學因素的改變引起肝再生。雖然血液流動和肝臟再生有明確的相關性，但血液流動在肝再生時所扮演的角色仍不清楚[23]。幾種不同的肝臟損傷包括病毒性和中毒引起的肝炎都可以引起類似的肝再生。
1.1 標準肝再生
肝再生的起始階段，是各種炎癥因子共同作用的結果[25]。在正常肝臟中，肝細胞通常處于 G0 期，肝臟損傷后便進入了 G1 期。腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）是由 Kupffer 細胞產生的，通過結合各自的受體調控肝再生的啟動階段（G0 期到 G1 期）[26-27]。肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）和轉化生長因子-α（transforming growth factor-α，TGF-α）被認為是啟動 G1 期到 S 期起作用的因子[28-29]。這些因子通過結合相應的受體刺激了 DNA 的復制和細胞的有絲分裂[30]。TGF-β1 是被證明的肝細胞增殖抑制因子[31-32]。在正常的肝臟組織中，HGF 和 TGF-β 具有拮抗作用。在肝再生的起始階段，HGF 信號比 TGF-β 更強大，而在肝再生的終末階段，則會恢復到最初的平衡[33]。激活素是肝再生的一種抑制劑，它可以選擇性地抑制肝臟細胞的復制；當肝臟的體積恢復到它原來的體積時，激活素 A、細胞凋亡機制和其他一些因素就會終止肝臟再生的進程[34]。最新研究發現，肝再生過程中各種炎癥因子作用的同時會有膽管反應參與[7]。表 2 總結了參與肝再生的各種細胞因子和生長因子的功能[35]。
表2
參與肝臟再生的細胞因子
切應力對肝臟再生是一個強有力的刺激因素。肝切除術后，增加的門靜脈血流增強了切應力，通過對肝細胞和肝竇內皮細胞的作用引起肝臟的再生和調節肝臟的大小。在內皮上的切應力是調節肝再生、肝體積、肝生長及萎縮的強大動力[36]。血流動力學增加了肝臟中的切應力，產生了一氧化氮。然后，一氧化氮引起了肝臟的再生級聯[37]。近年研究發現，膽汁酸在肝再生過程中起到了重要的調控作用，膽汁酸對肝再生的調控通過其與法尼酯 X 受體（farnesoid X receptor，FXP）的結合激活細胞內受體實現的[9]。
1.2 卵圓細胞介導肝再生
在大鼠或小鼠的肝部分切除模型中，肝部分切除術后，當肝細胞復制被抑制時可以檢測到卵圓細胞。在慢性肝臟疾病的患者中很難找到卵圓細胞介導肝再生。卵圓細胞的起源尚不清楚，但也有證據證明其可能來自膽管成分[38]。不像標準肝再生，卵圓細胞介導的肝再生沒有肝細胞增殖。當肝細胞增殖受到限制時，膽管細胞增殖和擴大變成卵圓細胞。在這些細胞的基因中有膽管細胞和肝細胞的特征，卵圓細胞可轉變成肝細胞表型[39]。
2 肝再生的臨床應用
對肝再生的研究主要集中在對肝臟疾病的治療，特別是對肝臟慢性疾病和肝臟腫瘤的各種肝切除術。近些年來，對肝再生的這些創新研究，肝切除術的效果得到了明顯的提高[40]。但是術后肝衰竭仍然是肝切除術后最危險且是致命的術后并發癥[41]。有許多不同的標準評價術后肝衰竭。最常用的是 50-50 的標準，即術后 5 d 的凝血酶原時間≤50%，血清總膽紅素≥50 μmol/L[42]。在 2011 年，國際肝臟研究小組描述了術后肝衰竭的 3 個等級[43]。這個標準的制定是基于臨床上對慢性肝臟疾病肝再生潛力有了更深刻的了解。
2.1 門靜脈栓塞（PVE）
PVE 是最好的例子說明肝臟再生的研究在臨床上的應用。術后肝衰竭與剩余肝臟體積較小有關[44]。門靜脈阻斷（PVO）后使剩余肝臟體積增大后行二期肝切除術是一種較好的策略[3]。在 20 世紀 80 年代，Kinoshita 等[45]最早應用 PVE。通常有兩種阻斷門靜脈的方法，即放射學 PVE 和外科門靜脈結扎（PVL）。肝臟損傷后，各種生長因子被激活并從小腸到達肝臟，這些因子是通過門靜脈而非肝動脈到達肝臟的，進而誘導了許多分子和細胞的改變[46]。門靜脈阻斷誘導了阻斷側細胞的凋亡和對側肝細胞的增生[47]。PVE 僅用于高風險肝切除術后剩余肝臟體積相對較小的患者[48]，沒有普遍適用性。Schindl 等[44]觀察了肝功能異常評分與相對肝臟剩余體積的關系后指出，需要避免肝功能異常的剩余肝臟體積的最小值為 26.6%。對于正常肝臟，如果剩余肝臟體積大于原肝體積的 30%，肝切除術是安全的；對于肝硬變的肝臟，基于我們目前的實踐和可用數據，這個臨界值是 50%[3]。
2.2 活體肝移植
活體供肝移植是肝再生方面最有代表性的研究，雖然亞洲提供的臨床結果是可觀的，但仍然有障礙需要克服。2008 年，Ghobrial 等[49]觀察了活體肝臟供體的并發癥發生情況，總體并發癥發生率是 38%，148 例活體肝臟供體術后發生的并發癥有 220 種，根據 Clavien 分級標準，Ⅰ級并發癥占 48%，Ⅱ級并發癥占 47%，Ⅲ級并發癥<4%，Ⅳ級并發癥（直接導致死亡）占 1.4%。為了活體肝臟供體的安全，需要盡量縮小移植肝的大小，但是移植肝的大小又與接受者的預后明確相關，因此必須保持兩者之間的平衡。就供體安全性和受者預后而言，肝再生方面的研究對于改善供受體的臨床預后是十分重要的。
2.3 小肝綜合征
通過活體供肝移植進一步認識了肝再生，在小肝綜合征的治療方面也取得了一定進步。小肝綜合征主要表現為長期膽汁郁積和難治性腹水[50]。術后 14 d 血清總膽紅素大于 86.2 mol/L 被定義為長期膽汁淤積；難治性腹水被定義為術后 14 d 腹水量為 1 L/d 或者是術后 28 d 腹水量為 500 mL/d[51]。2008 年，Ikegami 等[52]總結了小肝綜合征的可能原因及其可能的解決方案：移植物的體積大小、質量和血流量多少作為移植物相關因素，門靜脈高壓和肝臟疾病嚴重程度作為受者相關因素。右肝葉移植、輔助移植可克服移植物體積的不足；門靜脈分流、脾區血流控制有利于入肝血流量的調控，可預防小肝綜合征的發生。對移植物質量差者，可采用年輕的供者或供者的飲食計劃以改善肝臟的脂肪變性；對于病情較重的受者，增加移植物的體積和調控血流量可能有助于其接受移植物。
2.4 聯合肝臟分割和門靜脈結扎分步肝切除術
聯合肝臟分割和門靜脈結扎分步肝切除術（associating liver partition and portal vein ligation for staged hepatectomy，ALPPS）指的是肝臟原位離斷和門靜脈選擇性阻斷，目的是誘導肝臟肥大。2012 年，Schnitzbauer 等[53]首次報道了此種手術方式，據報道該方法誘導肝臟肥大平均達 74%，結果優越于單獨運用 PVL 或 PVE。Knoefel 等[54]證明 ALPPS 為治療肝切除術以及 PVE 術后失敗的患者導致的肝臟剩余體積不足提供了一個機會。Zhang 等[55]報道 ALPPS 明顯提高了肝癌的可切除性，但其機制目前仍不明確。
2.5 干細胞和肝臟再生
2007 年，Takahashi 等[56]發現多能干細胞來自成人成纖維細胞。在以細胞為基礎治療肝臟疾病方面，該發現將有可能引發明顯的治療策略的改變。最近，有肝細胞移植成功的動物實驗，證明肝干細胞的可能標志物是 lgr5, 并且干細胞需要 Wnt 蛋白的維持[57]。如果能解決干細胞的來源問題，將可以用不同的干細胞如自體誘導的多能干細胞、間葉細胞的干細胞、內源性肝干細胞/祖細胞等盡可能多的材料用于肝移植[58]。有研究[59]表明，骨髓間充質干細胞可以增加血管生長因子的表達，從而促進肝細胞生長因子的表達。2015 年，Wang 等[8]報道有分泌性蛋白 Wnt 覆蓋的細胞就是干細胞，同時該報道稱發現了位于中央靜脈周圍的干細胞，并且肝干細胞需要 Wnt 信號以保持它們干細胞的身份。這將有望提取肝干細胞進行體外培養出類肝器官。
3 最近的趨勢和未來前景
組織工程學聯合細胞、生物支架和活性分子可以作為一種有用的治療方法[60]。其中 3D 支架起到至關重要的作用，通過調節細胞功能和誘導形成新的組織和器官，可為移植細胞提供足夠的空間以及物理和生物信號，這些物理和生物信號促進了細胞的黏附、遷移、復制和分化；同時 3D 支架可以集合這些新生的細胞和基質釋放入有功能的組織和器官[61]。2010 年，Ott 等[62]用脫細胞肺制造了人工生物肺，他們通過洗滌劑灌注成功制造了沒有細胞的血管、氣管和肺泡支架，并成功將再生的人工肺移植到原來的位置。在 2010 年，Uygun 等[63]演示了脫細胞三維肝臟的體系結構和它的功能脈管系統以及原始的基質成分；而且，移植物在體外可以達到再細胞化。說明這種人工肝是可行的。2013 年，Takebe 等[29]用多能干細胞構造了有功能的人工器官，通過體外培養的多能干細胞生產出了有脈管系統的人類肝臟。3D 打印技術指的是用 3D 模型或其他電子數據來源通過許多的過程制作三維物體，主要是在電腦的控制下通過對連續層的添加過程。在不久的將來，我們可以用 3D 打印技術打印生物肝臟。
4 總結
肝再生在許多年前就被人們所熟知，在最近幾十年我們開始去了解其機制。近來研究者們專注于了解肝切除術后和肝移植術后肝臟的再生。用新的方法可以改變對肝功能異常的治療策略，例如：術后肝剩余體積的不足和小肝綜合征。肝再生有許多的臨床應用，利用門靜脈阻斷可以允許切除大量的肝臟組織而又避免了肝功能衰竭的風險。肝細胞移植可以重新將肝細胞注入肝臟來治療先天性肝臟代謝疾病。此外，肝再生療法可以為活體肝移植提供創新支持。在不久的將來，我們可以用個人自己的細胞制作人工肝臟，這是最好的方法去支持肝臟移植，不需要用免疫抑制藥物。總之，肝再生的研究為檢測和治療一系列肝臟疾病提供了新的策略。
