中國網訊 4月16日，杭州華大生命科學研究院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，在國際期刊《自然·遺傳學》（Nature Genetics）背靠背形式發表了兩篇研究成果。研究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徵，以及肝部分切除、膽汁淤積損傷與修復過程中的複雜分子機制。兩項研究從不同角度解析了肝臟損傷與再生複雜機制，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。

描繪肝臟穩態和切除再生時空圖譜

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。

肝臟結構示意圖，血液從門靜脈和肝動脈進入肝臟，通過肝小葉流向中央靜脈

在空間原位解析方面，時空組學技術Stereo-seq同時具備高解析度、大捕獲視場以及高捕獲效率等獨特優勢，能夠在解析肝臟空間微結構方面發揮重要作用。該技術此前已成功應用於解析小鼠器官生成、腫瘤侵襲邊界區域的細胞異質性和食蟹猴全腦皮層等研究。

基於Stereo-seq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%切除之後的肝臟開展研究，以奈米級別的空間解析度構建了連續的肝小葉網路，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徵，以及部分肝切除後對應的時空動態變化如何協調準確的肝再生。

研究團隊在門靜脈-中央靜脈軸上解析了不同位置肝細胞的基因功能分佈特徵，並識別出一系列具有區域化分佈的基因，例如，甲狀腺激素受體在中間區域高表達，B型肝炎病毒受體在中央靜脈附近高表達，肝細胞增殖抑制因子在兩端高表達。這一發現將幫助研究者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50-200微米的免疫微結構，對其進行了定位並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，可協助肝臟抵禦外源細菌或抗原。這一發現豐富了對肝臟免疫微環境的認識。

通過對70%切除後的肝臟再生過程進行分析，研究團隊發現並驗證了一系列參與肝臟分區維持的關鍵轉錄因子，並闡明瞭肝再生過程中代謝及細胞間調控網路在空間上的協調機制。

文章共同通訊作者、杭州華大生命科學研究院賴毅維表示：“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，也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。”

描繪膽汁淤積與再生時空轉錄圖譜

膽汁淤積是由於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，膽汁性淤積損傷後，門靜脈區肝細胞會重編程為肝祖樣細胞（LPLC），貢獻肝臟再生。隨著損傷結束後，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。

中國科學院分子細胞科學卓越創新中心惠利健研究組聯合杭州華大生命科學研究院，以細胞水準的空間解析度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徵。

研究團隊採用藥物誘導小鼠肝臟損傷，模擬人類膽汁性淤積損傷的病症，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。

借助華大時空組學技術，研究團隊揭示了肝細胞重編過程中肝祖樣細胞(LPLC)的兩種亞型，其中LPLC2在向膽管分化的軌跡上更為接近膽管區域。此外，研究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。

膽汁淤積損傷與再生時空圖譜

本次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。研究發現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。

“兩項研究分別採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。”中國科學院分子細胞科學卓越創新中心惠利健表示，“這些成果後續可用於發現區域性肝臟損傷再生中的潛在機制和靶點，也為研究其他具有異質性分佈的組織在損傷與再生過程中的複雜機制提供了新的研究範式。”