物种间的差异决定动物模型无法完全再现人类生理与病理表型。近年来，以人源化肝脏和血液为主的小鼠模型成为医学、药学及产业化领域的研究热点，有望成为阐明人类疾病发生机制，推动新药研发的重要临床前研究模型。然而小鼠体型大小和生理功能均与人体存在巨大差异，且有采样少、不利于药物代谢动态监控等缺陷，严重限制了肝脏人源化小鼠在疾病模拟和药物筛选中的应用。因而亟需开发更大更接近人的肝脏人源化动物模型。但目前缺少针对较大体型动物的人源肝细胞再殖预处理方案，人源化肝脏尚无法在小鼠以外模型中实现。
大鼠，在体型上比小鼠大十倍以上，易于手术、采样与药物代谢动态观察，在生理和病理表型上也更接近于人。大量药物毒理和药代外推数据建立在大鼠模型基础之上，决定着新药研发的命运。开发肝脏人源化大鼠模型不仅能进一步反映人类肝脏毒理药代特征，也能充分满足采样需求实现药物代谢动态分析，从而加速新药研发，更将为人源化大动物模型构建提供理论借鉴和桥接作用。
年8月11日，中科院分子细胞科学卓越创新中心惠利健研究员、日本筑波大学医学医疗系消化外科、五邑大学广东省医学大动物模型重点实验室、医院郑允文教授及华东师范大学李大力教授等合作在AdvancedScience杂志在线发表了题为Survival-AssuredLiverInjuryPre-Conditioning(SALIC)enablesrobustexpansionofhumanhepatocytesinFah–/–Rag–/–IL2rg–/–rats的研究论文，建立了一套适合较大体型动物人肝细胞移植的预处理方案，进而构建了世界首个超过30%人源化肝脏嵌合率的大鼠，有望为临床药物开发和人类疾病模拟提供又一理想动物模型。
团队前期利用CRISPR/Cas9技术构建了延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）基因敲除大鼠，发现Fah–/–大鼠相比小鼠表现出更接近人类酪氨酸血症的肝损伤病理表型（肝纤维及硬化），而且可作为同种肝细胞移植模型。本研究进一步构建了适合人源细胞移植的严重免疫缺陷Fah–/–Rag2–/–IL2rg–/–（FRG）大鼠。
创造可控性肝损伤环境是实现人源肝细胞长期嵌合再殖的必要条件。团队首先研究发现，1）在相同肝损伤压力下（撤去抑制肝损伤的药物NTBC），FRG大鼠较之于小鼠表现出更快的肝衰竭和更高的死亡率；2）人源肝细胞在FRG大鼠肝脏中再殖效率显著慢于小鼠肝脏。这些结果提示了在较大体型动物中进行肝损伤调控以实现肝脏人源化的困难。团队进而系统分析了NTBC药物浓度和处理时间对肝损伤程度和动物死亡率的影响，开发出一套简易的低浓度结合固定时间NTBC循环加药的预处理方案，能够在确保高存活率（5个月存活率80%）的前提下维持慢性肝损伤，实现了人源肝细胞移植后在大鼠肝脏内稳定的高比例再殖。
模拟人体特有的药物代谢动力学是肝脏人源化动物的重要应用方向。人源化大鼠肝脏在药物代谢酶的表达上与人原代肝细胞相似，并呈现出与人类肝脏一致的代谢基因区域表达（liverzonation）特征；更重要的是，研究团队以抗病毒一线药物齐多夫定（zidovudine）为例，测试了负责1/3临床药物体内代谢的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶2B7(UGT2B7)的活性，证实了人源化大鼠具有人类特有的体内药物代谢谱和动力学特征。长期、连续多点采样（血、胆汁、尿等）检测是药物评估的重要需求，人源化大鼠模型克服了小鼠在临床前研究领域的局限，为新药研发、人类疾病模拟和产业化应用创造了新的机遇。随着移植效率的不断提高，人源化周期不断缩短，其在产业化应用和临床前研究中的价值将会令人瞩目。
中科院分子细胞科学卓越创新中心张鲁狄副研究员和日本筑波大学葛剑云博士为本文共同第一作者。惠利健研究员、郑允文教授和李大力教授为本文共同通讯作者，并得到了中科院上海药物研究所潘国宇教授的大力支持。
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