北京時(shí)間4月16日，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）惠利健研究組聯(lián)合杭州華大生命科學(xué)研究院在國(guó)際學(xué)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(xì)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(hào)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，發(fā)現(xiàn)膽管細(xì)胞在膽汁淤積損傷下作為信號(hào)樞紐，與門靜脈區(qū)域免疫細(xì)胞重塑和肝細(xì)胞重編程高度相關(guān)。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)Atoh8是限制肝細(xì)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(diǎn)。
肝臟作為主要的代謝器官，能夠處理營(yíng)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(duì)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(duì)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(dòng)物再生能力最強(qiáng)的實(shí)體器官。掌握控制肝細(xì)胞損傷與再生的機(jī)制對(duì)于闡明惡性轉(zhuǎn)化和再生醫(yī)學(xué)具有重要意義。
研究發(fā)現(xiàn)，膽汁性淤積損傷后，膽管細(xì)胞大量增殖，可能影響門靜脈區(qū)的損傷，但具體細(xì)節(jié)尚待探究；門靜脈區(qū)肝細(xì)胞會(huì)重編程成類肝前體細(xì)胞（Liver progenitor-like cell，LPLC），貢獻(xiàn)肝臟再生。但重編程產(chǎn)生的LPLC只有一部分會(huì)貢獻(xiàn)到膽管細(xì)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(xì)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(jìn)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(chǎng)時(shí)空組學(xué)Stereo-seq和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)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(shí)空轉(zhuǎn)錄圖譜。為了精準(zhǔn)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(gè)肝細(xì)胞大小的分析單元來進(jìn)行后續(xù)的分析 （Bin 50，25 * 25 μm2）。高分辨的空間組學(xué)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(xì)胞分布。
通過對(duì)膽汁淤積損傷下門靜脈區(qū)域的空間互作進(jìn)行深入分析，研究人員發(fā)現(xiàn)膽管可能充當(dāng)信號(hào)樞紐，整合門靜脈區(qū)域環(huán)境中的細(xì)胞互作。數(shù)據(jù)顯示膽管細(xì)胞分泌的Csf1與單核細(xì)胞到脂質(zhì)相關(guān)巨噬細(xì)胞（LAM）的分化相關(guān)。同時(shí)，研究揭示了肝細(xì)胞重編程過程中LPLC的兩種亞型。膽管細(xì)胞通過分泌轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)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(qiáng)烈的促增殖信號(hào)，然而肝細(xì)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(shí)別為一個(gè)可能的抑制因子。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，敲降A(chǔ)toh8可以顯著促進(jìn)肝臟再生。
綜上，這項(xiàng)研究構(gòu)建了膽汁淤積損傷與再生的時(shí)空轉(zhuǎn)錄組圖譜，強(qiáng)調(diào)了膽管細(xì)胞介導(dǎo)的信號(hào)在膽汁淤積中類似信號(hào)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(xì)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(jìn)膽汁淤積疾病中肝細(xì)胞再生提供了潛在的干預(yù)策略。
分子細(xì)胞卓越中心吳柏華、上?？萍即髮W(xué)申屠忻怡、分子細(xì)胞卓越中心南海濤、杭州華大生命科學(xué)研究院郭鵬程和郝世杰為該論文共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心惠利健研究員、杭州華大生命科學(xué)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(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（集成項(xiàng)目）、科技部、上海市科委等項(xiàng)目的資助，以及深圳國(guó)家基因庫(kù)的幫助與支持。該研究得到分子細(xì)胞卓越中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、分子生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)和細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)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(kù)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(xué)研究院聯(lián)合吉林大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心等機(jī)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(jī)制。兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)互為補(bǔ)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(gè)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(jī)制和靶點(diǎn)，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(jī)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
