肝细胞是肝脏内细胞数目占比和体积占比最多的细胞，也是肝脏执行诸多生物学功能的主力军。肝病的治疗、研究等都需要大量具有成熟表型的肝细胞，但是肝细胞在体外培养时会丧失增殖的能力，分化表型也会逐渐消失。因此，在体外探究如何启动肝细胞的增殖以及调控肝细胞特异性的功能具有重要的应用价值。生理情况下，肝脏内几乎所有的肝细胞处于无增殖能力的休眠状态，但是进行2/3部分肝切除（Partial hepatectomy, PHx）手术后，肝脏展示出强大的再生能力。肝细胞是肝再生过程中首先进入细胞周期的细胞，其再生速率与剩余肝脏单位质量的血流量密切相关，但是血流引起的剪切应力能否触发肝细胞增殖仍不清楚。除了细胞增殖，肝细胞特异性功能的力学调控也十分重要。肝细胞处在复杂的力学微环境中，除了感受到血流剪切外，还可以感受到周围组织硬度的变化，尤其在肝脏发生纤维化时，但是目前尚缺乏合适的肝纤维化模型可以同步探究剪切应力和基质硬度对肝细胞特异性功能的耦合调控作用。基于上述问题，本文分别以PHx后肝再生和肝纤维化为背景，探究剪切应力及基质硬度对肝细胞功能的力学调控作用及其潜在的分子机制，主要包括以下两个方面：

1. 剪切应力启动肝细胞的增殖。本文以不同的流量经门静脉向小鼠的肝脏进行灌注，并从组织、蛋白和基因水平检测增殖标志物的表达，结果发现高流量灌注可以促进肝细胞由休眠期进入细胞周期。借助荧光粒子扩散和肝脏活体成像技术，观测到灌流液可以穿过内皮层渗流到肝细胞区域，而且间隙流随着灌注流量的增大而增大，提示间隙流在肝细胞增殖中可能存在潜在的作用。在体外的肝血窦流动剪切模型中，对分离提取的小鼠原代肝细胞施加0~5 dyn/cm²的剪切应力，加载时间为0~24 h，结果证实流体剪切确实可以启动肝细胞增殖，并且呈现幅值和时间依赖性，其最优力学加载参数为0.05 dyn/cm²、6 h。进一步收集力学加载后的肝细胞进行测序分析，筛选得到Yes相关蛋白（Yes-associated protein, YAP）信号通路在剪切应力加载后有差异性激活，并且抑制或激活YAP可以削弱或增强剪切应力下肝细胞的增殖。通过对分子机制的探究，发现剪切应力可以激活细胞膜上的β1整合素，将力学信号传递至胞质内的局部黏着斑激酶，然后通过负调控Hippo信号通路、从而正调控YAP在细胞核内的应答，最终促进肝细胞的增殖。此外，剪切应力可以促进肝细胞成熟表型的维持或提升，复现肝再生过程中细胞增殖能力和代谢活性同步提高的生理现象。上述结果提示，间隙流剪切应力可能是PHx后肝再生的触发机制之一，为体外实现肝细胞的大量扩增提供了新的思路。

2. 剪切应力和基质硬度调控肝细胞特异性功能。本文借助微流控芯片技术在构建了肝纤维化的体外模型，该模型分为上下两层，以多孔膜间隔，模拟肝血窦内皮细胞（Liver sinusoidal endothelial cells, LSEC）上的窗孔结构。下层流道接种肝细胞，接种前与不同浓度的胶原水凝胶（1~7.5 mg/mL）预混，模拟肝纤维化不同阶段的情况；上层流道接种LSEC，并通过注射泵施加不同大小的流体剪切（0~1 dyn/cm²），模拟血流的作用，从而实现剪切应力和基质硬度的同步、可控加载。结果表明，细胞可在所构建的肝纤维化模型中维持很好的存活率和分化状态。随着基质硬度的增加，肝细胞的白蛋白合成和细胞色素P450还原酶的表达不断降低。随着剪切应力的增加，肝细胞特异性的功能呈现阈值现象，即低剪切应力可以增强肝细胞的合成代谢功能，而高剪切应力会导致肝细胞表型的丢失。同时剪切应力下肝细胞对基质硬度的响应差异会增大，提示多种力学加载可以放大细胞的响应。肝细胞对两种力学因素的响应规律不受LSEC和胶原支架的影响，但和流道的尺寸有关。进一步的探究发现，基质硬度对肝细胞特异性功能的影响可能受肝细胞核因子4α的调控。上述工作基于体外肝纤维化模型揭示了剪切应力和基质硬度对肝细胞特异性功能的单独及耦合调控作用，可为深入认识肝纤维化过程中的肝细胞功能紊乱提供基础。

综上，本文诠释了力学刺激对肝细胞增殖和特异性功能的生物力学调控规律及其潜在的分子机制，对从生物力学角度深入理解肝再生的触发机制和肝纤维化的发病机理具有重要的意义。