小鼠部分肝切除中细胞网络图谱揭示肝再生调控新机制

《Stem Cell Reports》：Cell networks in the mouse liver during partial hepatectomy

本研究通过分离10种小鼠肝脏细胞群体并分析其转录组，首次构建了肝脏稳态和再生状态下的细胞间相互作用网络图谱，揭示了超5万个潜在配体-受体相互作用，并发现约半数在部分肝切除(PHx)后发生改变。研究人员通过功能验证发现Fstl1和Sfrp1两个新型信号分子分别具有促进和延缓肝再生的作用，为组织再生研究提供了新平台。

　　

肝脏作为人体内具有惊人再生能力的器官，即使在70%部分切除后仍能完全恢复原有质量，这一现象使其成为再生医学研究的重要模型。然而，这种复杂的再生过程涉及多种上皮和非上皮细胞类型的精细协调互动，而全局性的信号网络调控机制至今尚未明确。传统研究多集中于肝细胞与其他细胞的成对相互作用，缺乏对整个肝脏细胞群体通信网络的系统认识。

为了解决这一科学问题，来自美国俄勒冈干细胞中心、俄勒冈健康与科学大学等机构的研究团队在《Stem Cell Reports》上发表了最新研究成果。研究人员建立了一套创新性的研究平台，通过对正常和再生状态下小鼠肝脏的10种不同细胞群体进行分离和转录组分析，首次绘制了肝脏细胞在稳态和部分肝切除(PHx)后的全面相互作用图谱。

研究团队采用的关键技术方法包括：通过两步胶原酶灌注法分离小鼠肝脏细胞；利用荧光激活细胞分选技术(FACS)基于表面标志物分离10种特定细胞群体；进行批量RNA测序(RNA-seq)获取各细胞群体的转录组数据；应用改进的生物信息学平台构建细胞间相互作用网络(CCInx)；使用重组腺相关病毒载体进行体内功能验证实验。

细胞分离与鉴定

研究人员通过优化的细胞分离策略，成功获得了10种不同的肝脏细胞群体，包括肝细胞、胆管上皮细胞、肝星状细胞、库普弗细胞等。通过特异性表面标志物的组合使用，确保了各细胞群体的纯度，为后续转录组分析奠定了坚实基础。

转录组与细胞间相互作用分析

对10种细胞群体的转录组分析揭示了极为丰富的细胞间通信网络。研究发现，在正常和PHx后肝脏中共检测到82,978个细胞间相互作用，其中39,630个为两种状态所共有。值得注意的是，约半数相互作用在再生状态下发生了改变，表明肝脏再生伴随着细胞通信网络的重大重组。

特别值得关注的是，肝细胞作为肝脏的主要实质细胞，参与了6,645个相互作用，其中3,342个为稳态和再生状态所共有。网络可视化分析显示，在正常肝脏中，肝细胞主要接收来自其他细胞的信号输入，而在PHx后，肝细胞向外输出的信号通路显著增加。

已知信号通路的验证

为了验证所构建网络的可靠性，研究人员检查了已知参与肝再生的信号分子。如血小板衍生生长因子(Pdgf)和转化生长因子β(Tgfβ)通路在稳态肝脏中处于关闭状态，而在PHx后被激活，这与既往研究结果一致，证明了该网络分析平台的准确性。

Fstl1作为肝再生促进因子

研究人员从网络数据中筛选出卵泡抑素样蛋白1(Fstl1)进行功能验证。转录组数据显示，Fstl1在肝窦内皮细胞中特异性上调，而在正常状态下表达水平较低。

通过构建携带Fstl1基因的重组腺相关病毒载体，研究人员在小鼠肝脏中过表达Fstl1。令人惊讶的是，Fstl1过表达显著促进了肝细胞增殖，BrdU标记的增殖肝细胞比例从对照组的4.6%提高至10.9%，表明Fstl1在体内具有强大的促肝再生作用。

Sfrp1作为肝再生抑制因子

另一项重要发现涉及分泌型卷曲相关蛋白1(Sfrp1)，这是一种Wnt信号通路拮抗剂。网络分析显示，Sfrp1相互作用在稳态肝脏中活跃，而在PHx后几乎完全沉默。

研究人员通过体内功能实验证实，Sfrp1过表达显著延迟了肝再生进程。在PHx后36小时，对照组肝细胞已开始活跃增殖，而Sfrp1过表达组的肝细胞增殖明显滞后，直至48小时才出现明显的BrdU标记，表明Sfrp1是肝再生的负向调控因子。

本研究首次提供了肝脏细胞在稳态和再生状态下的全面相互作用图谱，揭示了肝再生过程中细胞通信网络的动态变化特征。通过计算预测与实验验证相结合的研究策略，不仅证实了已知的肝再生调控通路，还发现了Fstl1和Sfrp1两个新型调控因子，为理解肝脏再生机制提供了新的视角。

该研究建立的细胞网络分析平台具有广泛的适用性，可推广至其他复杂多细胞系统的研究。这些发现不仅深化了对肝脏再生生物学过程的认识，也为开发促进肝再生、治疗肝衰竭的新策略提供了潜在靶点。未来研究可进一步探索这些新型信号分子在病理条件下的作用，以及它们在其他组织再生过程中的保守性功能。