摘要：2025 年 4 月 25 日，清华大学生物医学工程学院杜亚楠唯一通讯在Advanced Science在线发表题为“hESCs-derived Organoids Achieve Liver Zonation Features through LSEC Mo

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肝脏分区对多种生理功能至关重要，但现有的类器官模型缺乏这种功能，这阻碍了它们重现肝脏发育和发病机制的能力。

2025 年 4 月 25 日，清华大学生物医学工程学院杜亚楠唯一通讯在Advanced Science 在线发表题为“hESCs-derived Organoids Achieve Liver Zonation Features through LSEC Modulation”的研究论文。该研究探索了通过将人胚胎干细胞 (hESC) 衍生的肝细胞 (HEP) 与 hESC 衍生的肝窦内皮细胞 (LSEC) 共培养来构建带分区类器官的可行性，其中 LSEC 表现出肝小叶中央区 (PC) 或门管区 (PP) 的特征。

引入具有可变 WNT2 信号通路的带分区 LSEC 可以精细地调节肝细胞分区，从而导致显著的代谢功能变化。考虑到PC和PP类器官中脂质代谢的差异，本研究构建了仿生分区代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）类器官，并揭示了胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1RA）直接靶向LSEC，提示GLP-1RA在MAFLD缓解中的潜在治疗机制。本研究强调了类器官中非实质细胞在重现微环境异质性方面的关键作用，为药物研发和器官异质性体外建模提供了进一步的见解。

肝脏由数十万个称为肝小叶的基本单元组成，其独特的结构使其能够执行维持体内稳态的众多重要生理功能。肝小叶分为门管区和中心区，中间为中小叶细胞，呈现出空间多样性，即分区，其特征是肝细胞和非实质细胞的基因表达谱和功能属性存在差异。这种生物活性的不均匀分布优化了肝脏的整体功能，使其能够灵活地响应身体需求的变化。许多肝脏疾病也表现出分区病理。例如，药物过量引起的肝实质损伤和MASLD通常始于中心区，而自身免疫性肝炎和原发性胆汁性肝硬化则优先始于门管区。

目前将肝脏作为一个统一实体进行研究的方法未能捕捉其错综复杂的复杂性，导致源自空间异质性的重要信息丢失。尽管类器官模型中的细胞呈现出均质的特性和代谢特征，但必须改进这些模型，以更好地反映体内不同区域肝细胞的异质性。肝细胞分区主要受LSEC衍生的血管分泌Wnt因子调控。周围LSEC作为血管分泌Wnt通路配体（例如Wnt2、Wnt9b和Rspo3）的主要来源，可诱导邻近肝细胞中β-catenin的激活，从而导致周围特异性功能的表达，例如谷氨酰胺合成(GS)、细胞色素P450家族成员Cyp2e1（负责脂质代谢）、E-钙粘蛋白（负责胆汁酸的合成和转运）等。特异性抑制血管分泌Wnt信号会导致β-catenin活性降低，进而扰乱肝脏代谢分区，这表现为肝细胞中门管区转录本（例如精氨酸酶1）的上调。尽管肝脏异质性已被广泛研究，但肝脏分区的关键调控因子——肝内皮细胞（LSEC）如何通过各种信号通路获得其分区特征仍不清楚。更好地了解LSEC的血管多样性以及驱动其发育和分区的分子程序，或将为人类多能干细胞（hPSC）更稳健地分化为LSEC铺平道路，并有望在成功构建具有分区特征的肝类器官以及多种肝病的精准治疗方面取得进展。

图1（图源自Advanced Science ）

值得注意的是，LSEC 的起源仍未完全阐明。在斑马鱼、小鼠、鸟类等模式生物以及人类胎儿肝脏样本中进行的研究表明，LSEC 可能起源于静脉、间皮细胞和内胚层。目前成功证明 LSEC 从 hPSC 分化的研究相对较少。Koui 等人报道了 hPSC 首次分化为类似 LSEC 的细胞。他们首先将 hPSC 分化为中胚层细胞，然后进一步将其分化为内皮祖细胞。随后，通过标记筛选分离 CD34+、CD31+ 和 FLK1+ LSEC 祖细胞，并通过抑制 TGFβ 信号通路诱导其过表达 LSEC 标记物 STAB2、F8、LYVE1 和 CD32B。Gage 等人发表了另一种用于区分功能性 LSEC 与 hPSC 的方案。他们发现，源自静脉内皮的LSEC表现出更高的标志物基因表达水平（例如CD32B和STAB2）和更强的配体结合能力。然而，这两项研究均未比较和关联hPSC衍生的LSEC与位于肝小叶不同区域的体内LSEC亚群的特征。

通过使用scRNAseq进行高分辨率空间基因表达图谱分析，可以更全面地分析LSEC分区。Halpern等人利用成对细胞RNA测序，根据邻近肝细胞中标志性基因的表达对LSEC进行空间推断，重建了475个在LSEC（小鼠）中明显分区的基因的分区图谱，并使用smFISH对12个分区基因进行了进一步验证。此外，Aizarani等人最近进行的一项研究也证实了这一点。提供了人类肝门部内皮细胞（LSEC）的单细胞转录组分区图谱，表明人类和小鼠之间LSEC分区模式的进化保守性有限。除了已深入研究的WNT2、WNT9B和RSPO3外，FCN3、ICAM1和ENG等基因也被认为是肝脏中心微环境的潜在分子标记。同时，BTNL9和ANPEP被认为是门管区微环境周围的潜在分子特征。

鉴于体内区室化的LSEC可能是肝细胞分区的关键调控因子之一，我们首先构建了来源于人胚胎干细胞（hESC）的PP和PC LSEC，随后探索了构建3D分区肝类器官的可行性。利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（PEGMA）接枝聚二甲基硅氧烷（PDMS）微孔芯片，构建了有利于LSEC和肝细胞均匀聚集的3D类器官培养体系。通过免疫荧光成像和代谢功能表征，我们证实了共培养具有差异WNT2信号的带状LSEC可导致肝细胞带状分布的改变。在一项涉及带状类器官的应用中，我们观察到GLP-1RA能够通过靶向表达于带状PC和PP LSEC而非肝细胞的GLP-1R来缓解MASLD的症状。这一发现为GLP-1RA在MASLD治疗中的治疗机制提供了潜在的解释。

参考消息：

来源：临床肝胆病杂志一点号