撰文丨咸姐

肝臟是人體最大的內臟器官，承擔著代謝、解毒、膽汁分泌等重要生理功能。其復雜結構由肝細胞、膽管細胞和間充質細胞等組成，這些細胞通過緊密的相互作用維持肝臟的正常功能。然而，肝臟疾病如膽汁淤積性肝病和膽管纖維化等，因發病機制復雜且難以預測，給臨床治療帶來巨大挑戰。這些疾病不僅影響患者的生活質量，還可能導致肝功能衰竭，增加肝移植的需求【1,2】。

為了更好地理解肝臟疾病的發病機制和開發有效的治療方法，研究人員需要一種能夠模擬肝臟復雜結構和細胞間相互作用的體外模型。然而，目前的體外模型大多只能模擬肝臟的部分功能，無法完全重現肝臟的三維結構和細胞間的動態相互作用。例如，傳統的二維細胞培養方法無法模擬肝臟的三維微環境，導致細胞的形態和功能與體內存在顯著差異。近年來，三維細胞培養技術和類器官技術的發展為肝臟模型的構建提供了新的思路，但這些模型仍存在局限性，如細胞類型單一、缺乏細胞間相互作用等，無法完全重現肝臟的復雜結構和疾病進展過程【3,4】。

近日，來自德國 馬克斯 · 普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所的Meritxell Huch團隊在 Nature 上在線發表題為

Mouse liver assembloids model periportal architecture and biliary fibrosis

為了保證適當的膽汁流動，肝細胞必須形成一個功能性和生理性的膽管網絡，即膽小管（ BC ）連接到膽管（ BD ） ，膽管由膽管細胞組成，膽管細胞被門靜脈成纖維細胞包圍。本文研究人員發現， 以往報道的肝細胞類器官模型未能形成足夠的膽管網絡來實現可靠的膽汁運輸功能。為了改善這一點，研究人員在培養基中補充了 WNT3a 配體或 WNT 替代物，顯著提高了類器官的形成效率和細胞數量，并使其能夠長期維持。通過活細胞成像和定量分析， 研究類器官的形態變化，發現具有 “ 葡萄狀 ” 結構的類器官能夠形成更細、更長且高度互聯的膽管網絡，并且能夠正常分泌和代謝膽汁酸類似物，而 “ 球狀 ” 結構的類器官則表現出膽管功能異常，導致膽汁酸在細胞內積累并引發細胞凋亡 。 基于這些發現，研究人員選擇富集 “ 葡萄狀 ” 結構的類器官進行后續實驗。優化后的肝細胞類器官（ HepOrg ）保留了肝細胞的極性，表達了肝細胞標志物（如 HNF4a 、白蛋白）和膽管轉運蛋白（如 MDR2 、 MRP2 ），但不表達膽管細胞或非上皮細胞標志物。這些類器官能夠分泌白蛋白，并且在形態上與新鮮分離的肝細胞相似，顯示出部分肝細胞分區特征，并形成了與體內成年肝臟相似的生理和功能性膽管三維網絡，而不會出現在已發表的 2D 肝細胞培養中發現的膽汁淤積特征。至關重要的是，這些研究結果強調了在細胞和組織水平上模擬生理特性如何影響類器官模型的整體適應性的重要性。

隨后，研究人員將 HepOrg 、膽管細胞和門靜脈間充質細胞以一定比例在特定培養條件下混合培養，形成具有生理相關細胞比例的三維結構。這些組裝體（ assembloid ）不僅在細胞組成上與肝臟組織相似，還能夠模擬肝臟門靜脈區域的細胞間相互作用，包括膽管細胞形成的膽管結構與肝細胞形成的膽管網絡之間的功能性連接，類似于體內肝臟的 Canal of Hering 結構。此外，組裝體還能模擬膽汁從肝細胞的膽管流入膽管的過程，顯示出與體內肝臟組織相似的膽汁運輸功能。由此成功構建了一種多細胞的類器官系統 ——periportal assembloids （ 門靜脈周圍 組裝體 ），能夠有效地模擬肝臟門靜脈區域的結構和功能。

利用這個 門靜脈 周圍類 器官 模型，研究人員通過調整門靜脈間充質細胞的數量，可以在沒有免疫細胞參與的情況下誘導出類似纖維化的狀態，呈現出與體內膽道纖維化模型相似的纖維化基因表達，表現出膽管細胞擴張、膠原沉積、 膽流阻塞 以及肝細胞死亡等膽汁淤積性肝纖維化的特征。 研究人員 進一步探索了這種 “ 纖維化樣 ” 類器官模型作為研究肝纖維化機制的工具潛力。 首先 ， 通過添加或阻斷特定的細胞因子 以 測試這些因子對纖維化樣表型的影響， 研究人員發現 這些細胞因子并非纖維化表型的主要驅動因素。隨后， 研究人員利用單細胞 RNA 測序（ scRNAseq ）分析了纖維化樣類器官與健康類器官之間的細胞間相互作用差異，并通過基因敲低實驗驗證了特定基因（如 CDH11 和 ITGB1 ）在調節纖維化樣表型中的關鍵作用。這些基因的敲低能夠顯著抑制該類器官的形態變化和膠原沉積，證實了它們在肝纖維化中的重要性。此外，研究人員還利用 Mdr2-/- （一種膽汁淤積性肝病模型）來源的肝細胞構建了嵌合類器官，發現這些嵌合體能夠模擬體內膽管纖維化的早期特征，如膽管細胞擴張。這些結果表明，這 個門靜脈周圍類器官 不僅能夠模擬 膽汁 / 膽汁淤積性 肝纖維化的病理特征，還能用于研究特定基因在肝病中的作用，為研究肝纖維化的細胞自主和非自主機制提供了一個強大的體外模型。

綜上所述，本研究首次構建了一種門靜脈周圍類器官模型，該模型結合了門靜脈間充質細胞、膽管細胞和肝細胞，在中尺度和細胞水平上重現了肝臟的結構和細胞間相互作用，不僅能夠模擬肝臟的生理結構和功能，還能夠重現膽管纖維化的病理過程，是首個可以在單一肝臟體外系統中研究膽管形成、膽汁引流以及肝細胞、膽管細胞或門靜脈間充質細胞對膽汁淤積性肝病的細胞自主或細胞特異性貢獻的類器官系統，在基礎研究領域具有重要意義，也為臨床應用和藥物開發提供了新的機遇。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09183-9

制版人： 十一

參考文獻

1. Michalopoulos, G. K. & Bhushan, B. Liver regeneration: biological and pathological mechanisms and implications.Nat Rev Gastroenterol Hepatol18, 40-55 (2021).

2. Wells, R. G. The portal fibroblast: not just a poor man's stellate cell.Gastroenterology147, 41-47 (2014).

3. Gissen, P. & Arias, I. M. Structural and functional hepatocyte polarity and liver disease.J Hepatol63, 1023-1037 (2015).

4. Marsee, A. et al. Building consensus on definition and nomenclature of hepatic, pancreatic, and biliary organoids.Cell Stem Cell28, 816-832 (2021).

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