Adv Sci | 上海中醫(yī)藥大學(xué)葛廣波等開發(fā)新型血管化人肝類器官，用于模擬酒精性肝損傷及開發(fā)保肝治療策略

如沐風(fēng)科研

肝臟類器官已成為疾病建模和治療開發(fā)的變革性工具。然而，它們無法形成功能性多血管網(wǎng)絡(luò)，極大地限制了它們高保真度復(fù)制人類肝臟多維功能的能力。

2025年12月5日，上海中醫(yī)藥大學(xué)葛廣波、郭兆彬、柏林夏里特醫(yī)學(xué)院Liu Hanyang共同通訊在Advanced Science（IF=14.1）在 線發(fā)表 題為“Novel Vascularized Human Liver Organoids for Modeling Alcohol-Induced Liver Injury and Developing Hepatoprotective Therapy”的研究論文。本研究通過在三維（3D）體系中共同培養(yǎng)穩(wěn)定的人重編程肝細(xì)胞樣細(xì)胞（hrHLs）、內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）和間充質(zhì)干細(xì)胞（HUMSCs），構(gòu)建了新型血管化肝類器官（3HLOs）。經(jīng)優(yōu)化后，3HLOs 形成了兼具 CD31?內(nèi)皮網(wǎng)絡(luò)和 CK19?膽管結(jié)構(gòu)的血管架構(gòu)，同時肝臟功能顯著增強(qiáng)。

為提升生理相關(guān)性，本研究開發(fā)了 “芯片 3HLOs” 模型，用于模擬酒精性肝損傷（ALI）的發(fā)病機(jī)制并篩選保肝藥物。體外實驗結(jié)果與體內(nèi)觀察高度吻合，證實該“芯片 3HLOs” ALI 模型具有良好的生理相關(guān)性。在終末期 ALI 小鼠中，皮下植入 3HLOs 可顯著減輕肝損傷并促進(jìn)肝再生，其核心機(jī)制是 3HLOs 與宿主微血管建立了功能性吻合。多組學(xué)分析顯示，3HLOs 可向宿主循環(huán)系統(tǒng)分泌人源保肝蛋白，進(jìn)而調(diào)控炎癥反應(yīng)和脂質(zhì)代謝通路。綜上，本研究構(gòu)建了一個穩(wěn)定可靠的技術(shù)平臺，為 ALI 建模、藥物篩選及肝再生研究提供了新工具。

肝臟類器官正作為肝病學(xué)疾病建模和治療開發(fā)的變革性工具出現(xiàn)。作為三維微肝模型，肝臟類器官提供了一個生理相關(guān)且可擴(kuò)展的平臺，彌合了基礎(chǔ)研究與臨床轉(zhuǎn)化之間的鴻溝，為疾病建模、藥物發(fā)現(xiàn)、個性化治療和肝臟修復(fù)帶來了變革性機(jī)遇。在過去幾十年里，來自人類原級肝細(xì)胞（HPHs）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）的各種肝臟類器官被廣泛用于肝病建模、評估肝毒性并推動藥物發(fā)現(xiàn)。然而，與天然肝臟不同，大多數(shù)肝臟類器官缺乏功能性多血管網(wǎng)絡(luò)，顯著限制了其完全復(fù)制人類肝臟復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多維功能的能力。

與其他器官不同，肝臟擁有復(fù)雜的多血管結(jié)構(gòu)，這對于高效的物質(zhì)交換和代謝功能至關(guān)重要。這種獨特的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性由復(fù)雜、層級組織的血管網(wǎng)絡(luò)組成，使肝臟區(qū)別于其他器官。如此復(fù)雜的血管系統(tǒng)對于支持肝臟的多方面功能至關(guān)重要。盡管人類肝臟類器官的開發(fā)取得了顯著進(jìn)展，但缺乏功能性的多血管網(wǎng)絡(luò)仍然是復(fù)制人類肝臟多維功能的關(guān)鍵限制。這種缺乏嚴(yán)重?fù)p害了關(guān)鍵生理過程。為解決這些問題，迫切需要通過創(chuàng)新的生物工程策略開發(fā)更具生理意義的血管化肝臟類器官。

此前建立的肝類器官模型無法復(fù)刻人類肝臟精密的血管架構(gòu)和生理功能，主要原因在于缺乏關(guān)鍵非實質(zhì)細(xì)胞（NPCs）或肝細(xì)胞與非實質(zhì)細(xì)胞間的相互作用不足?。在人類天然肝組織中，非實質(zhì)細(xì)胞約占肝細(xì)胞總數(shù)的30%，對維持肝臟核心功能發(fā)揮著關(guān)鍵作用?。非實質(zhì)細(xì)胞的缺失會導(dǎo)致多種功能蛋白表達(dá)下調(diào)，并損害關(guān)鍵代謝過程。遺憾的是，人原代肝細(xì)胞在培養(yǎng)條件下極具脆弱性，而誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的肝細(xì)胞樣細(xì)胞（HLCs）需要專用生長因子和復(fù)雜誘導(dǎo)條件。這些限制嚴(yán)重阻礙了人原代肝細(xì)胞或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞與關(guān)鍵非實質(zhì)細(xì)胞建立功能性細(xì)胞間通訊?。

近期，通過重編程技術(shù)獲得的人重編程肝細(xì)胞樣細(xì)胞（hrHLs）是一類功能成熟的類肝細(xì)胞，為肝臟疾病建模、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)提供了巨大潛力。與人原代肝細(xì)胞及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的肝細(xì)胞樣細(xì)胞不同，人重編程肝細(xì)胞樣細(xì)胞無需昂貴且耗時的細(xì)胞因子誘導(dǎo)即可展現(xiàn)典型肝臟功能?。其內(nèi)在穩(wěn)定表達(dá)的肝臟轉(zhuǎn)錄因子，無需專用生長因子或復(fù)雜分化方案，因此能夠與非實質(zhì)細(xì)胞構(gòu)建穩(wěn)定共培養(yǎng)體系，支持血管網(wǎng)絡(luò)形成和肝臟核心功能維持?。此外，人重編程肝細(xì)胞樣細(xì)胞不表達(dá)多能性標(biāo)志物，顯著降低了致瘤風(fēng)險，為再生治療提供了更安全的選擇。

3HLOs對抗ALI的機(jī)制（摘自

Advanced Science

本研究通過共培養(yǎng)人重編程肝細(xì)胞樣細(xì)胞與兩種關(guān)鍵非實質(zhì)細(xì)胞（人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）和人臍帶來源間充質(zhì)干細(xì)胞（HUMSCs）），構(gòu)建了新型血管化肝類器官模型（3HLOs）。經(jīng)共培養(yǎng)條件優(yōu)化后，3HLOs 形成了包含 CD31?血管網(wǎng)絡(luò)和 CK19?膽管結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、具有生理相關(guān)性的血管架構(gòu)。該新型血管化肝類器官展現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的肝臟功能。值得注意的是，3HLOs 中的功能性多血管網(wǎng)絡(luò)能夠與宿主微血管建立高效吻合，從而形成可灌注的血液供應(yīng)?。基于這些發(fā)現(xiàn)，研究進(jìn)一步構(gòu)建了更具生理相關(guān)性的 “芯片 3HLOs” 平臺，用于模擬酒精性肝損傷（ALI）的發(fā)病機(jī)制并篩選潛在保肝藥物。此外，本研究還探究了 3HLOs 作為再生療法治療酒精性肝損傷的潛力及其潛在機(jī)制。

https://doi.org/10.1002/advs.202511169

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