北京時間4月16日，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）惠利健研究組聯(lián)合杭州華大生命科學研究院在國際學術(shù)期刊Nature Genetics發(fā)表了最新研究成果：“A spatiotemporal atlas of cholestatic injury and repair in mice”。該研究以細胞水平的空間分辨率描繪了膽汁淤積與再生過程中的損傷響應(yīng)和微環(huán)境信號的時空動態(tài)變化特征，發(fā)現(xiàn)膽管細胞在膽汁淤積損傷下作為信號樞紐，與門靜脈區(qū)域免疫細胞重塑和肝細胞重編程高度相關(guān)。同時，研究還發(fā)現(xiàn)Atoh8是限制肝細胞增殖的重要因子，為解析肝臟區(qū)域性損傷以及膽管相關(guān)疾病的治療提供了新的視角和可能的新靶點。
肝臟作為主要的代謝器官，能夠處理營養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)。肝臟的微觀結(jié)構(gòu)肝小葉的功能區(qū)帶化（Zonation）對于其代謝功能至關(guān)重要。由于這種區(qū)域性的代謝分布，肝病的發(fā)展往往表現(xiàn)出空間異質(zhì)性，如對乙酰氨基酚和非酒精性肝病主要始于中央靜脈區(qū)，而膽汁淤積疾病則傾向于在門靜脈區(qū)發(fā)生。肝臟也是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(zhuǎn)化和再生醫(yī)學具有重要意義。
研究發(fā)現(xiàn)，膽汁性淤積損傷后，膽管細胞大量增殖，可能影響門靜脈區(qū)的損傷，但具體細節(jié)尚待探究；門靜脈區(qū)肝細胞會重編程成類肝前體細胞（Liver progenitor-like cell，LPLC），貢獻肝臟再生。但重編程產(chǎn)生的LPLC只有一部分會貢獻到膽管細胞，因此LPLC及其微環(huán)境可能存在異質(zhì)性；隨著損傷撤去后，肝臟修復(fù)起始，肝細胞大量增殖，這一現(xiàn)象主要發(fā)生在中央靜脈區(qū)，但控制這種增殖的因素尚不明確。這些損傷再生模式與其空間位置高度相關(guān)，所以在空間維度進行解析是非常重要的。
在該研究中，研究者利用華大自研高精度大視場時空組學Stereo-seq和單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)DNBelab C4，系統(tǒng)地描繪了小鼠膽汁淤積損傷與再生的時空轉(zhuǎn)錄圖譜。為了精準解析損傷再生中肝臟內(nèi)的空間異質(zhì)性，研究者采用大致一個肝細胞大小的分析單元來進行后續(xù)的分析 （Bin 50，25 * 25 μm2）。高分辨的空間組學成功地捕捉到了肝臟內(nèi)最具代表性的Zonation事件以及區(qū)域性的細胞分布。
通過對膽汁淤積損傷下門靜脈區(qū)域的空間互作進行深入分析，研究人員發(fā)現(xiàn)膽管可能充當信號樞紐，整合門靜脈區(qū)域環(huán)境中的細胞互作。數(shù)據(jù)顯示膽管細胞分泌的Csf1與單核細胞到脂質(zhì)相關(guān)巨噬細胞（LAM）的分化相關(guān)。同時，研究揭示了肝細胞重編程過程中LPLC的兩種亞型。膽管細胞通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子Tgfβ，與LPLC2向膽管屬性轉(zhuǎn)變高度相關(guān)。
在損傷的過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)了強烈的促增殖信號，然而肝細胞并未有明顯的增殖，這提示損傷過程中可能存在增殖抑制因子。通過轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析，Atoh8被識別為一個可能的抑制因子。進一步實驗驗證表明，敲降A(chǔ)toh8可以顯著促進肝臟再生。
綜上，這項研究構(gòu)建了膽汁淤積損傷與再生的時空轉(zhuǎn)錄組圖譜，強調(diào)了膽管細胞介導的信號在膽汁淤積中類似信號樞紐（Cholangio-hub），積極地參與到LAM成熟和LPLC去分化的異質(zhì)性過程中。此外，研究發(fā)現(xiàn)Atoh8作為一種能夠限制肝細胞增殖的調(diào)節(jié)因子，調(diào)控膽汁淤積由損傷向修復(fù)轉(zhuǎn)換。該研究為深入理解區(qū)域性肝損傷提供了豐富的數(shù)據(jù)資源和新的視角，也為臨床上促進膽汁淤積疾病中肝細胞再生提供了潛在的干預(yù)策略。
分子細胞卓越中心吳柏華、上?？萍即髮W申屠忻怡、分子細胞卓越中心南海濤、杭州華大生命科學研究院郭鵬程和郝世杰為該論文共同第一作者。分子細胞卓越中心惠利健研究員、杭州華大生命科學研究院Miguel A. Esteban研究員、劉龍奇研究員和賴毅維副研究員為該研究的共同通訊作者。該項工作得到了國家自然科學基金（集成項目）、科技部、上海市科委等項目的資助，以及深圳國家基因庫的幫助與支持。該研究得到分子細胞卓越中心動物實驗技術(shù)平臺、分子生物學技術(shù)平臺和細胞分析技術(shù)平臺的大力支持。所有相關(guān)數(shù)據(jù)可通過在線交互式數(shù)據(jù)庫查詢和下載（CIRSTA: https://db.cngb.org/stomics/cirsta/）。
值得一提的是，在同期的Nature Genetics雜志上，杭州華大生命科學研究院聯(lián)合吉林大學和中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心等機構(gòu)發(fā)表了題為"A spatiotemporal atlas of mouse liver homeostasis and regeneration"的研究論文，揭示了在肝臟穩(wěn)態(tài)、切除再生中的復(fù)雜分子機制。兩項研究發(fā)現(xiàn)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(gòu)建了一個全面的肝臟參考圖譜。這些成果后續(xù)可用于發(fā)現(xiàn)區(qū)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(zhì)性分布的組織在損傷與再生過程中的復(fù)雜機制提供了新的研究范式。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01687-w
膽汁淤積損傷與再生圖譜
