高清肝臟時空圖譜出爐！揭示肝再生機制

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在過度熬夜、吸煙喝酒、高糖高鹽飲食等不良習慣日漸常態化的現代生活中，肝臟疾病也呈現出日益嚴峻的態勢。

作為人體的“化工廠”，肝臟除了解毒功能外，還具備代謝、合成、消化、免疫等多種功能。肝臟作為哺乳動物再生能力最強的實體器官，掌握控制肝細胞損傷與再生的機制對于闡明惡性轉化和再生醫學具有重要意義。

4月16日，杭州華大生命科學研究院（簡稱“華大”）與中國科學院分子細胞科學卓越創新中心主導，聯合吉林大學、廣州醫科大學第五附屬醫院、山西醫科大學、上海科技大學等國內外機構，在《自然—遺傳學》同時發表了兩篇研究成果。

聯合研究團隊利用華大自研高精度大視場時空組學技術Stereo-seq和單細胞轉錄組測序技術DNBelab C4，構建了全面的小鼠肝臟高精度時空圖譜，分別揭示了小鼠肝臟穩態的空間分子特征，以及肝部分切除、膽汁淤積損傷與修復過程中的復雜分子機制。兩項研究從不同角度解析了肝臟損傷與再生復雜機制，有望為肝臟疾病治療、肝臟再生與移植提供新的思路和策略。

肝臟示意圖 研究團隊供圖

審稿人認為，兩篇研究運用時空組學技術來解析肝臟損傷、再生過程的數據令人印象深刻，以前所未有的納米級分辨率和整個肝葉水平的大視場數據，捕獲了肝臟穩態、損傷和再生過程中的時空動態，對基因組學及肝臟領域研究者都具有極大參考意義。

高清“生命照相機” 揭示肝再生機制

肝小葉是哺乳動物肝臟結構和功能的基本單元，成人肝臟由50萬到100萬個肝小葉組成。在每個肝小葉中，血液從門脈區流向中央靜脈區，其營養物質、激素、細胞、生長因子等呈現梯度變化，導致肝小葉不同空間位置上的細胞具有不同的生物學功能。

以往的研究中，想要獲取肝臟細胞原位的形態信息，大多通過組織切片染色的方式進行，但難以在細胞水平上解析基因的表達變化。“近年來，快速發展的單細胞組學技術可以獲得器官組織內部不同細胞類型的基因表達信息，但需要將細胞從組織中分離出來，這一過程會丟失細胞的空間信息。”論文第一作者、杭州華大生命科學研究院副研究員許江山說道。

華大生命科學研究院作為時空組學領域的重要推動者之一，在2020年公開發布了自主研發的時空組學技術Stereo-seq。該技術突破了分辨率和檢測組織大小的限制，就像超高清的“生命照相機”，實現了器官和生命全景分子細胞圖譜的繪制。

基于時空組學技術，由杭州華大生命科學研究院主導，聯合吉林大學、中國科學院分子細胞科學卓越創新中心、廣州醫科大學第五附屬醫院、山西醫科大學、IRCCS-Istituto Tumori、漢諾威醫學院等機構，探索了肝臟穩態和肝部分切除再生的機制。

首先，研究團隊對正常的肝臟和70%切除之后的肝臟開展研究，以納米級別的空間分辨率構建了連續的肝小葉網絡，揭示了小鼠穩態肝臟中的細胞類型、基因表達和微環境信號的空間特征，以及部分肝切除后對應的時空動態變化如何協調準確的肝再生。

“我們在門靜脈-中央靜脈軸上解析了不同位置肝細胞的基因功能分布特征，并識別出一系列具有區域化分布的基因。”許江山表示，這一發現將幫助研究人員更好地認識肝臟疾病的空間易感性差異。

此外，研究團隊首次發現肝臟中存在約50至200微米的免疫微結構，對其進行了定位并解析了其中的免疫細胞組成，發現主要由T細胞和單核細胞組成。研究團隊推測其可能是肝臟免疫響應的特殊機制，可協助肝臟抵御外源細菌或抗原。這一發現豐富了對肝臟免疫微環境的認識。

通過對70%切除后的肝臟再生過程進行分析，研究團隊發現并驗證了一系列參與肝臟分區維持的關鍵轉錄因子，并闡明了肝再生過程中代謝及細胞間調控網絡在空間上的協調機制。

該文章共同通訊作者、杭州華大生命科學研究院副研究員賴毅維表示：“本次研究充分結合了分子細胞卓越中心在肝臟再生領域的前期研究積累，以及華大在時空組學等前沿技術方面的優勢，為正確理解肝臟穩態和再生提供了豐富的數據資源，為未來進一步探究哺乳動物肝臟生理和功能障礙研究奠定了重要基礎。”

探索不同損傷再生模型 全面構建肝臟圖譜

在另一項研究中，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心惠利健研究員團隊聯合杭州華大生命科學研究院，以細胞水平的空間分辨率構建了小鼠膽汁淤積損傷與再生的時空轉錄組圖譜，揭示了該過程中的損傷響應和微環境信號的時空動態變化特征。

膽汁淤積是由于膽汁分泌及排泄障礙引起的，嚴重時可能導致膽囊炎、肝硬化、肝衰竭等系列疾病的發生。此前研究發現，膽汁性淤積損傷后，門靜脈區肝細胞會重編程為肝祖樣細胞，貢獻肝臟再生，隨著損傷結束后，肝臟修復起始，肝細胞大量增殖，這一現象主要發生在中央靜脈區，但控制這種增殖的機制尚不明確。

在此項研究中，研究團隊采用藥物誘導小鼠肝臟損傷，模擬人類膽汁性淤積損傷的病癥，其區域特異性主要表現為門靜脈周圍發生損傷，而中央靜脈附近沒有出現損傷。通過對門靜脈區區域的空間互作進行分析，研究團隊發現膽管細胞在膽汁淤積損傷下充當信號樞紐，參與整合門靜脈區微環境中的細胞互作，與該區域免疫細胞重塑和肝細胞重編程高度相關。

借助時空組學技術，研究團隊揭示了肝細胞重編過程中肝祖樣細胞的兩種亞型，其中一種亞型在向膽管分化的軌跡上更為接近膽管區域。“此外，我們還發現了能夠限制肝細胞增殖的重要因子，為解析肝臟區域性損傷以及膽管相關疾病的治療提供了新的視角和可能的新靶點。”論文共同第一作者、中國科學院分子細胞科學卓越創新中心博士生吳柏華表示。

這項研究構建了膽汁淤積損傷與再生的時空轉錄組圖譜，強調了膽管介導的信號在整個過程中的核心作用。不僅為理解區域性肝損傷提供了寶貴的數據資源，也為促進膽汁淤積下的肝細胞再生提供了潛在的干預策略。

“兩項研究分別采用部分肝切除和藥物誘導的肝臟損傷方式開展，研究發現互為補充，在不同的層面回答了肝臟損傷再生的問題，共同構建了一個全面的肝臟參考圖譜。”惠利健表示，這些成果后續可用于發現區域性肝臟損傷再生中的潛在機制和靶點，也為研究其它具有異質性分布的組織在損傷與再生過程中的復雜機制提供了新的研究范式。

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