在微重力環(huán)境下，HepG2 細胞（人肝癌細胞系）的增殖與分化會脫離傳統(tǒng)二維培養(yǎng)的 “無序增殖、弱分化” 狀態(tài)，呈現(xiàn)出更接近體內肝臟組織的生理特征，具體表現(xiàn)如下：

一、增殖情況：從 “快速無序” 轉向 “穩(wěn)態(tài)調控”

傳統(tǒng)二維培養(yǎng)中，HepG2 細胞貼壁生長，受重力沉降與平面空間限制小，增殖速率快且持續(xù)（多處于細胞周期 S 期，增殖指數(shù)高），易出現(xiàn)過度增殖導致的細胞功能稀釋。而微重力環(huán)境下，細胞通過自組裝形成三維球體結構，增殖過程受空間結構、營養(yǎng)梯度、細胞間信號三重調控，呈現(xiàn) “先適應調整、后穩(wěn)態(tài)維持” 的特點：

1.初期（1-3 天）：細胞從貼壁狀態(tài)轉為懸浮聚集，需適應微重力下的力學環(huán)境與細胞間相互作用，增殖速率略低于二維培養(yǎng)，細胞周期中 G0/G1 期（靜止 / 準備期）細胞比例升高，S 期（DNA 合成期）比例下降，體現(xiàn) “增殖暫緩以構建結構” 的趨勢；

2.中期（4-7 天）：三維球體結構穩(wěn)定（直徑多為 100-300μm），球體外層細胞因接觸充足營養(yǎng)與氧氣，保持適度增殖（速率接近體內肝細胞的生理增殖水平），內層細胞受營養(yǎng)梯度限制，增殖減緩甚至進入靜息狀態(tài)，形成 “外層增殖、內層穩(wěn)態(tài)” 的異質性分布，模擬體內肝臟組織的細胞增殖穩(wěn)態(tài)；

3.后期（>7 天）：球體大小趨于穩(wěn)定，整體增殖速率進一步降低，僅外層少量細胞維持低水平增殖以替換衰老細胞，避免二維培養(yǎng)中 “無限增殖” 導致的細胞系退化，更符合體內肝臟組織的低增殖特性。

二、分化情況：從 “功能丟失” 轉向 “成熟強化”

HepG2 細胞在傳統(tǒng)二維培養(yǎng)中，會因缺乏三維微環(huán)境與生理力學信號，逐漸丟失肝臟特異性分化功能（如藥物代謝酶活性、白蛋白分泌能力），而微重力通過構建仿生微環(huán)境，顯著促進其向成熟肝細胞方向分化：

1.肝功能核心酶活性提升：微重力下的三維球體結構促進細胞間緊密連接（如 occludin、ZO-1 蛋白表達增加）與細胞外基質（如膠原蛋白、層粘連蛋白）的生理性分泌，這些信號激活肝細胞分化相關通路（如 HNF4α、C/EBPα 等轉錄因子通路），使肝臟特異性酶（尤其是細胞色素 P450 酶系，CYP450）活性顯著提升 —— 研究顯示，微重力培養(yǎng)的 HepG2 細胞中，CYP3A4（負責 70% 以上臨床藥物代謝的關鍵酶）活性較二維培養(yǎng)提升 30%-60%，CYP2C9、CYP2D6 等酶活性也同步恢復，接近正常原代肝細胞水平；

2.肝臟特異性功能增強：白蛋白（肝臟合成的主要血漿蛋白）分泌量較二維培養(yǎng)提升 2-3 倍，尿素合成能力（反映肝臟氮代謝功能）提升 1.5-2 倍，且這些功能在球體培養(yǎng)周期內持續(xù)穩(wěn)定，不再像二維培養(yǎng)中隨傳代逐漸下降，體現(xiàn) “分化功能持續(xù)維持” 的成熟特征；

3.細胞極性恢復：微重力下的 HepG2 細胞在三維球體中重新建立 apical-basal 極性（頂端 - 基底極性），如膽汁酸轉運體（BSEP）定位于球體表面（模擬肝細胞的膽小管側），白蛋白分泌定向于球體外側（模擬肝細胞的血竇側），完全復刻體內肝細胞的極性分布，而極性正是肝細胞發(fā)揮正常功能的結構基礎。

總結

微重力環(huán)境通過調控 HepG2 細胞的增殖穩(wěn)態(tài)與分化成熟，使其從 “體外實驗用的腫瘤細胞系” 更接近 “體內功能性肝細胞”，為藥物肝代謝研究、肝毒性評估及肝臟疾病模型構建提供了更精準的體外工具。