用于代谢功能障碍相关脂肪性肝病进展的三维动态细胞模型

《BMEF (BME Frontiers)》：Three-Dimensional Dynamic Cell Models for Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease Progression

本研究开发了基于三维动态共培养系统的代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）模型，涵盖 steatosis、MASH 和 fibrosis 三个阶段。通过肝细胞、巨噬细胞和肝星状细胞（HSCs）的共培养及微流控反应器模拟动态环境，发现该模型能快速（24小时）形成MASLD表型，并显著提升脂质积累（较传统2D模型高14.7%-56.7%）。RNA测序和qPCR分析显示，模型中肝细胞脂代谢相关基因（如SREBP1、FASN、CPT1A）的表达变化与小鼠模型高度一致，且巨噬细胞激活（M1表型）和HSCs活化（胶原分泌）分别驱动炎症反应和纤维化进程。该模型为MASLD机制研究和药物筛选提供了高可控性、可重复的体外平台。

　　这项研究致力于开发一种新型的三维动态共培养模型，以更精确地模拟代谢功能障碍相关脂肪肝疾病（MASLD）的病理过程。MASLD是一种复杂的慢性疾病，其特征是肝脏中脂质的异常积累，从简单的脂肪变性（steatosis）发展为代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH），最终可能演变为纤维化甚至肝细胞癌（HCC）。目前，传统的二维（2D）肝细胞单培养系统虽然能够模拟脂肪变性的部分特征，但在模拟更复杂的疾病阶段，如脂肪性肝炎和纤维化方面存在明显不足。此外，大多数现有的体外模型缺乏对不同细胞类型进行单独分析的能力，这限制了对MASLD不同阶段中细胞特异性反应的研究。

为了克服这些局限性，研究团队利用了一种自主研发的细胞载体，结合动态培养设备（微型生物反应器），构建了三个代表MASLD不同阶段的三维共培养模型：脂肪变性（仅肝细胞）、脂肪性肝炎（肝细胞与巨噬细胞按4:1比例共培养）以及纤维化（肝细胞、巨噬细胞与肝星状细胞按8:2:1比例共培养）。这些模型不仅能够模拟体内MASLD的病理特征，还支持对各细胞类型的独立分析，从而揭示不同细胞类型在疾病进展中的相互作用机制。相较于传统模型，该三维系统能够在24小时内形成MASLD的病理特征，大幅缩短了实验周期，提高了研究效率。

实验结果显示，所构建的三维模型能够有效再现肝细胞的脂质积累和细胞活力下降等关键病理变化。在脂肪变性模型中，肝细胞的脂质代谢相关基因表达模式与体内模型高度一致，表明该模型在模拟早期MASLD阶段方面具有较高的准确性。在脂肪性肝炎模型中，巨噬细胞被激活并表现出促炎性表型，肝细胞则显示出显著的脂质积累和活力下降。而在纤维化模型中，肝星状细胞被激活并产生大量胶原蛋白，进一步推动了肝脏纤维化的形成。这些结果表明，三维动态模型能够较为全面地再现MASLD在不同阶段的分子和细胞层面的变化。

进一步的分析表明，促炎性巨噬细胞在MASLD进展中扮演了关键角色。通过比较脂肪变性和脂肪性肝炎模型，研究发现促炎性巨噬细胞的共培养显著影响了肝细胞的行为，包括降低细胞活力和促进脂质积累。基因表达分析进一步揭示了这一影响的具体机制，例如促炎性巨噬细胞可能通过激活脂肪酸结合蛋白4（FABP4）和CD36等关键基因，增强肝细胞对脂肪酸的摄取和代谢能力，从而加速脂肪变性和炎症反应的进程。此外，研究还发现促炎性巨噬细胞可能通过旁分泌效应影响肝细胞，而不仅仅是直接接触。这一发现为理解MASLD的发病机制提供了新的视角，并为未来的治疗策略提供了潜在的靶点。

值得注意的是，虽然该三维模型在模拟MASLD的某些关键特征方面表现出色，但仍存在一定的局限性。首先，模型中的细胞系虽然能够有效展示细胞间相互作用，但它们多为癌细胞系，可能无法完全代表体内正常的肝细胞、巨噬细胞和肝星状细胞。因此，未来的研究可以考虑使用原代细胞，以提高模型的生理相关性。其次，该模型在模拟体内复杂的细胞环境和长期代谢过程方面仍有待改进，例如可以引入更广泛的细胞类型（如内皮细胞和胆管细胞）或优化细胞外基质成分，以更好地反映肝脏组织的结构和功能。此外，模型尚未完全模拟体内肝脏组织的动态环境，例如血流和剪切力等物理因素，这可能影响某些生理过程的再现。

综上所述，这项研究提出了一种创新的三维动态共培养系统，能够有效模拟MASLD的多个病理阶段，并支持对不同细胞类型的独立分析。这一模型不仅有助于深入研究MASLD的发病机制，还为筛选和评估潜在的抗MASLD药物提供了有力的工具。未来，随着技术的进一步优化和细胞系的改进，该模型有望成为MASLD研究的重要平台，推动相关疾病的临床转化和治疗策略的发展。