北京时间4月16日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）惠利健研究组联合杭州华大生命科学研究院在国际学术期刊Nature Genetics发表了最新研究成果：“A spatiotemporal atlas of cholestatic injury and repair in mice”。该研究以细胞水平的空间分辨率描绘了胆汁淤积与再生过程中的损伤响应和微环境信号的时空动态变化特征，发现胆管细胞在胆汁淤积损伤下作为信号枢纽，与门静脉区域免疫细胞重塑和肝细胞重编程高度相关。同时，研究还发现Atoh8是限制肝细胞增殖的重要因子，为解析肝脏区域性损伤以及胆管相关疾病的治疗提供了新的视角和可能的新靶点。
肝脏作为主要的代谢器官，能够处理营养物质和有毒物质。肝脏的微观结构肝小叶的功能区带化（Zonation）对于其代谢功能至关重要。由于这种区域性的代谢分布，肝病的发展往往表现出空间异质性，如对乙酰氨基酚和非酒精性肝病主要始于中央静脉区，而胆汁淤积疾病则倾向于在门静脉区发生。肝脏也是哺乳动物再生能力最强的实体器官。掌握控制肝细胞损伤与再生的机制对于阐明恶性转化和再生医学具有重要意义。
研究发现，胆汁性淤积损伤后，胆管细胞大量增殖，可能影响门静脉区的损伤，但具体细节尚待探究；门静脉区肝细胞会重编程成类肝前体细胞（Liver progenitor-like cell，LPLC），贡献肝脏再生。但重编程产生的LPLC只有一部分会贡献到胆管细胞，因此LPLC及其微环境可能存在异质性；随着损伤撤去后，肝脏修复起始，肝细胞大量增殖，这一现象主要发生在中央静脉区，但控制这种增殖的因素尚不明确。这些损伤再生模式与其空间位置高度相关，所以在空间维度进行解析是非常重要的。
在该研究中，研究者利用华大自研高精度大视场时空组学Stereo-seq和单细胞转录组测序技术DNBelab C4，系统地描绘了小鼠胆汁淤积损伤与再生的时空转录图谱。为了精准解析损伤再生中肝脏内的空间异质性，研究者采用大致一个肝细胞大小的分析单元来进行后续的分析（Bin 50，25*25 μm2）。高分辨的空间组学成功地捕捉到了肝脏内最具代表性的Zonation事件以及区域性的细胞分布。
Stereo-seq解析了区域性组织损伤的时空动态性
通过对胆汁淤积损伤下门静脉区域的空间互作进行深入分析，研究人员发现胆管可能充当信号枢纽，整合门静脉区域环境中的细胞互作。数据显示胆管细胞分泌的Csf1与单核细胞到脂质相关巨噬细胞（LAM）的分化相关。同时，研究揭示了肝细胞重编程过程中LPLC的两种亚型。胆管细胞通过分泌转化生长因子Tgfβ，与LPLC2向胆管属性转变高度相关。
在损伤的过程中，研究人员发现了强烈的促增殖信号，然而肝细胞并未有明显的增殖，这提示损伤过程中可能存在增殖抑制因子。通过转录因子调控网络分析，Atoh8被识别为一个可能的抑制因子。进一步实验验证表明，敲降Atoh8可以显著促进肝脏再生。
综上，这项研究构建了胆汁淤积损伤与再生的时空转录组图谱，强调了胆管细胞介导的信号在胆汁淤积中类似信号枢纽（Cholangio-hub），积极地参与到LAM成熟和LPLC去分化的异质性过程中。此外，研究发现Atoh8作为一种能够限制肝细胞增殖的调节因子，调控胆汁淤积由损伤向修复转换。该研究为深入理解区域性肝损伤提供了丰富的数据资源和新的视角，也为临床上促进胆汁淤积疾病中肝细胞再生提供了潜在的干预策略。
胆汁淤积损伤与再生图谱
值得一提的是，在同期的Nature Genetics杂志上，杭州华大生命科学研究院联合吉林大学和分子细胞卓越中心等机构发表了题为"A spatiotemporal atlas of mouse liver homeostasis and regeneration"的研究论文，揭示了在肝脏稳态、切除再生中的复杂分子机制。两项研究发现互为补充，在不同的层面回答了肝脏损伤再生的问题，共同构建了一个全面的肝脏参考图谱。这些成果后续可用于发现区域性肝脏损伤再生中的潜在机制和靶点，也为研究其它具有异质性分布的组织在损伤与再生过程中的复杂机制提供了新的研究范式。