人类儿童肝脏的单细胞图谱揭示了与年龄相关的肝脏基因特征

《Hepatology Communications》：Single-cell atlas of human pediatric liver reveals age-related hepatic gene signatures

单细胞转录组分析揭示儿童肝脏免疫激活特征及肠道衰竭相关肝病纤维化机制，发现儿童肝脏中巨噬细胞免疫基因表达更高，且IFALD患者肝脏中纤维化相关基因在儿童特异性细胞中显著上调，强调年龄匹配对照在儿科肝病研究中的重要性。

　　### 肝脏发育与免疫功能的细胞研究

肝脏是人体中至关重要的器官之一，不仅在代谢过程中发挥核心作用，还参与免疫系统的调节。尽管肝脏由多种细胞类型组成，但这些细胞如何共同作用以维持肝脏功能，仍然存在许多未知。目前，关于健康肝脏功能和细胞异质性的研究主要基于胎儿和成年肝脏，而对儿童肝脏的研究相对较少。这导致我们对儿童肝脏发育过程中细胞状态的演变以及其与疾病之间的关系缺乏深入理解。因此，建立一个针对儿童肝脏的细胞图谱，对于探索儿童肝脏疾病的机制和寻找有效的治疗方法具有重要意义。

儿童肝脏疾病，尤其是与肠功能障碍相关的肝病（如肠功能障碍相关性肝病，IFALD），在临床表现和病理特征上与成人有所不同。IFALD通常表现为胆汁淤积和纤维化，而成人的肝病更常表现为脂肪性肝炎。这种差异提示，儿童肝脏在免疫反应、代谢功能以及疾病进展模式上具有独特的特征。因此，理解儿童肝脏的正常细胞组成及其免疫功能，有助于揭示IFALD等疾病的发病机制，并为个性化治疗提供依据。

为了更全面地了解儿童肝脏的细胞组成及其在疾病中的作用，研究团队利用单细胞RNA测序技术，构建了健康儿童肝脏的细胞图谱。这项研究基于来自9名年龄在17岁以下的儿童肝脏样本，共分析了42,660个细胞。通过与成年肝脏的比较，研究人员发现儿童肝脏中的髓系细胞（如Kupffer样细胞）表现出更强的免疫激活特征，包括CCL4、CCL3和IL1B等基因的高表达。此外，体外刺激实验进一步证实了儿童肝脏中髓系细胞分泌IL-1β的能力显著高于成人。这些发现表明，儿童肝脏中的髓系细胞具有独特的免疫功能，这可能与其在发育过程中的成熟过程相关。

研究还对3例IFALD患儿的肝脏活检样本进行了分析，共获得11,969个细胞。结果显示，这些样本中Kupffer样细胞的表达模式与健康儿童肝脏有所不同，表现出与纤维化相关的基因上调，如LY96。同时，IFALD样本中的间质细胞显示出与成人肝脏相似的纤维化基因模块，而与健康儿童肝脏的表达模式则存在显著差异。这种差异在仅与成人肝脏进行比较时往往被忽视，凸显了建立儿童肝脏图谱的重要性。

### 儿童肝脏的细胞组成与免疫特征

在儿童肝脏中，细胞组成和免疫功能呈现出与成人肝脏不同的特征。研究团队通过单细胞RNA测序和空间转录组学技术，分析了肝脏中的细胞类型及其在组织中的分布情况。他们发现，儿童肝脏的细胞可以被划分为多个主要类别，包括肝细胞、非肝细胞（如免疫细胞）以及不同类型的髓系细胞。这些细胞在表达模式上存在显著的年龄相关性，其中Kupffer样细胞表现出更强的免疫激活能力。

进一步分析显示，儿童肝脏中的髓系细胞可以被分为三个主要亚群：类似Kupffer细胞的肝脏驻留巨噬细胞（表达VSIG4、MARC0和CD5L等标志物）、最近招募的单核细胞样髓系细胞（表达S100A8/9和LYZ等标志物）以及MHCII高表达的髓系细胞（表达HLA-DRA、DPB1和DQB1等）。研究发现，这些髓系细胞在儿童肝脏中表现出不同的基因表达模式，尤其是在免疫相关基因方面。例如，儿童Kupffer样细胞中IL1B、CCL3和CCL4等基因的表达水平显著高于成人肝脏。此外，这些细胞还表现出更高的细胞间相互作用能力，特别是在IL-1β信号通路中，其与T细胞和其他髓系细胞的相互作用更为频繁。

体外实验进一步验证了这些发现。通过使用脂多糖（LPS）刺激儿童和成人的髓系细胞，研究人员发现儿童髓系细胞在LPS刺激后表现出更高的IL-1β分泌能力。这一结果支持了单细胞测序数据中所观察到的免疫激活特征，并表明儿童肝脏中的髓系细胞可能在疾病发生过程中发挥更重要的作用。

### IFALD肝脏中的纤维化与免疫激活

在IFALD肝脏中，研究团队发现纤维化相关基因在Kupffer样细胞中显著上调，如LY96。这种基因表达模式在仅与成人肝脏进行比较时可能被忽略，因此建立一个针对儿童肝脏的参考图谱显得尤为重要。此外，IFALD样本中的间质细胞表现出与成人肝脏相似的纤维化基因模块，但与健康儿童肝脏的表达模式存在显著差异。

在比较健康儿童肝脏与IFALD样本时，研究人员发现儿童肝脏中的髓系细胞在某些方面表现出不同的功能特征。例如，IFALD样本中的髓系细胞表现出对IL-1β的更高表达，这可能与其在疾病中的作用有关。同时，研究团队还发现IFALD肝脏中存在一些独特的免疫细胞亚群，如前B细胞和浆细胞样树突状细胞（pDCs），这些细胞在健康儿童和成人肝脏中并不常见。这些发现表明，IFALD可能涉及特定的免疫细胞激活和招募过程。

此外，研究还探讨了髓系细胞在IFALD纤维化中的潜在作用。例如，IFALD样本中的Kupffer样细胞表现出与MASH（代谢性肝病相关脂肪肝）相似的促纤维化特征，这可能意味着IFALD和MASH在某些病理机制上存在相似之处。然而，这种相似性并不适用于所有肝脏疾病，如原发性硬化性胆管炎（PSC），其在儿童和成人中的表达模式存在显著差异。

### 儿童肝脏图谱的临床意义

建立儿童肝脏的单细胞图谱不仅有助于理解肝脏发育过程中的细胞异质性，还为儿童肝脏疾病的诊断和治疗提供了重要的参考。例如，儿童肝脏中某些免疫相关基因的表达差异可能解释了IFALD与成人肝病在临床表现上的不同。此外，研究还发现，儿童肝脏中某些免疫细胞亚群（如前B细胞）的表达水平可能与年龄有关，这提示在研究IFALD时，应使用年龄匹配的对照样本，以避免将正常发育过程中的变化误认为是疾病特征。

儿童肝脏图谱的构建还揭示了肝脏细胞在不同年龄阶段的功能变化。例如，儿童肝脏中某些促纤维化基因的表达水平可能与成人肝脏存在差异，这可能与肝脏在发育过程中的免疫反应和组织修复机制有关。此外，儿童肝脏中的髓系细胞可能在维持肝脏结构和功能方面发挥重要作用，这一功能在成人肝脏中可能被抑制。

### 未来研究方向与挑战

尽管这项研究为儿童肝脏的细胞组成和免疫功能提供了重要的见解，但仍存在一些技术挑战和局限性。例如，成人肝脏样本中存在较高的环境mRNA污染，这可能影响基因表达分析的准确性。此外，IFALD样本来源于肝脏活检，而健康儿童肝脏样本则来自神经死亡捐赠者的肝脏，这种样本来源的差异可能导致某些细胞类型在表达模式上的不同。

为了进一步完善儿童肝脏图谱，研究团队建议未来可以纳入更多样化的样本，并通过跨实验室的数据整合来提高图谱的分辨率和可靠性。此外，研究还指出，儿童肝脏中的某些细胞类型（如前B细胞）可能与年龄相关，而不是疾病特异性，因此在分析IFALD样本时，需要考虑年龄因素的影响。

总的来说，这项研究通过构建儿童肝脏的单细胞图谱，揭示了肝脏发育过程中细胞异质性和免疫功能的变化，为理解儿童肝脏疾病提供了重要的基础。同时，研究也强调了使用年龄匹配的对照样本的重要性，以确保疾病相关变化的准确识别和解释。未来，随着更多数据的积累和技术的进步，儿童肝脏图谱有望成为研究肝脏疾病和开发新疗法的重要工具。