在微重力环境下，HepG2 细胞（人肝癌细胞系）的增殖与分化会脱离传统二维培养的 “无序增殖、弱分化” 状态，呈现出更接近体内肝脏组织的生理特征，具体表现如下：

一、增殖情况：从 “快速无序” 转向 “稳态调控”

传统二维培养中，HepG2 细胞贴壁生长，受重力沉降与平面空间限制小，增殖速率快且持续（多处于细胞周期 S 期，增殖指数高），易出现过度增殖导致的细胞功能稀释。而微重力环境下，细胞通过自组装形成三维球体结构，增殖过程受空间结构、营养梯度、细胞间信号三重调控，呈现 “先适应调整、后稳态维持” 的特点：

1.初期（1-3 天）：细胞从贴壁状态转为悬浮聚集，需适应微重力下的力学环境与细胞间相互作用，增殖速率略低于二维培养，细胞周期中 G0/G1 期（静止 / 准备期）细胞比例升高，S 期（DNA 合成期）比例下降，体现 “增殖暂缓以构建结构” 的趋势；

2.中期（4-7 天）：三维球体结构稳定（直径多为 100-300μm），球体外层细胞因接触充足营养与氧气，保持适度增殖（速率接近体内肝细胞的生理增殖水平），内层细胞受营养梯度限制，增殖减缓甚至进入静息状态，形成 “外层增殖、内层稳态” 的异质性分布，模拟体内肝脏组织的细胞增殖稳态；

3.后期（>7 天）：球体大小趋于稳定，整体增殖速率进一步降低，仅外层少量细胞维持低水平增殖以替换衰老细胞，避免二维培养中 “无限增殖” 导致的细胞系退化，更符合体内肝脏组织的低增殖特性。

二、分化情况：从 “功能丢失” 转向 “成熟强化”

HepG2 细胞在传统二维培养中，会因缺乏三维微环境与生理力学信号，逐渐丢失肝脏特异性分化功能（如药物代谢酶活性、白蛋白分泌能力），而微重力通过构建仿生微环境，显著促进其向成熟肝细胞方向分化：

1.肝功能核心酶活性提升：微重力下的三维球体结构促进细胞间紧密连接（如 occludin、ZO-1 蛋白表达增加）与细胞外基质（如胶原蛋白、层粘连蛋白）的生理性分泌，这些信号激活肝细胞分化相关通路（如 HNF4α、C/EBPα 等转录因子通路），使肝脏特异性酶（尤其是细胞色素 P450 酶系，CYP450）活性显著提升 —— 研究显示，微重力培养的 HepG2 细胞中，CYP3A4（负责 70% 以上临床药物代谢的关键酶）活性较二维培养提升 30%-60%，CYP2C9、CYP2D6 等酶活性也同步恢复，接近正常原代肝细胞水平；

2.肝脏特异性功能增强：白蛋白（肝脏合成的主要血浆蛋白）分泌量较二维培养提升 2-3 倍，尿素合成能力（反映肝脏氮代谢功能）提升 1.5-2 倍，且这些功能在球体培养周期内持续稳定，不再像二维培养中随传代逐渐下降，体现 “分化功能持续维持” 的成熟特征；

3.细胞极性恢复：微重力下的 HepG2 细胞在三维球体中重新建立 apical-basal 极性（顶端 - 基底极性），如胆汁酸转运体（BSEP）定位于球体表面（模拟肝细胞的胆小管侧），白蛋白分泌定向于球体外侧（模拟肝细胞的血窦侧），完全复刻体内肝细胞的极性分布，而极性正是肝细胞发挥正常功能的结构基础。

总结

微重力环境通过调控 HepG2 细胞的增殖稳态与分化成熟，使其从 “体外实验用的肿瘤细胞系” 更接近 “体内功能性肝细胞”，为药物肝代谢研究、肝毒性评估及肝脏疾病模型构建提供了更精准的体外工具。