人類“迷你肝”再進(jìn)化！西湖大學(xué)校友Nature論文：構(gòu)建首個(gè)可長期維持的多細(xì)胞人源肝臟類器官組裝體

編輯丨王多魚

排版丨水成文

在過去十多年里，肝臟類器官研究突飛猛進(jìn)。從最初基于小鼠或有限人源組織的上皮類器官模型，到如今不斷演進(jìn)的多細(xì)胞共培養(yǎng)體系，科學(xué)家們始終在向一個(gè)終極目標(biāo)逼近——在體外真正復(fù)刻成年人體肝臟的結(jié)構(gòu)與功能。

然而，一個(gè)核心難題始終橫亙?cè)谇埃?b>如何在體外長期、穩(wěn)定地維持成人肝臟的多細(xì)胞復(fù)雜性？

真實(shí)的人體肝臟并非單一細(xì)胞構(gòu)成，而是由肝細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等多種細(xì)胞類型共同組成，并在精細(xì)的空間結(jié)構(gòu)中協(xié)同工作。遺憾的是，長期以來，大多數(shù)肝臟類器官模型仍停留在“單一上皮細(xì)胞”的層面，難以重建這種復(fù)雜而關(guān)鍵的細(xì)胞互作網(wǎng)絡(luò)。

體外“成人肝臟”，為什么如此難？

現(xiàn)有的人體肝臟體外模型——無論是原代人肝細(xì)胞（PHH），還是iPSC來源的肝細(xì)胞類器官——都存在難以回避的局限：

• 原代肝細(xì)胞難以長期擴(kuò)增，功能迅速衰退；

• iPSC 來源模型雖具可塑性，卻往往停留在“發(fā)育未成熟”階段；

• 更關(guān)鍵的是，幾乎所有模型都缺乏門區(qū)（periportal）等肝臟特有的組織結(jié)構(gòu)。

相比之下，小鼠來源的多細(xì)胞類器官模型已初露曙光，但在人類體系中重現(xiàn)具有生理相關(guān)性的多細(xì)胞肝組織，依然是一個(gè)懸而未決的挑戰(zhàn)。

人源肝臟“組裝體”首次成型

2025 年 12 月 17 日，德國馬克斯·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)研究所（MPI-CBG）Meritxell Huch教授團(tuán)隊(duì)（博士后袁雷為論文第一作者），在Nature期刊發(fā)表了題為：Human assembloids recapitulate periportal liver tissue in vitro 的研究論文。

該研究首次在體外成功重建了人類肝臟門區(qū)的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能特征，構(gòu)建出一種可長期維持、具備高度生理相關(guān)性的人源肝臟“組裝體”（assembloid）模型。

論文第一作者袁雷博士（左），論文通訊作者Meritxell Huch 教授（右）

袁雷，2022 年博士畢業(yè)于西湖大學(xué)，2023 年底至今在德國馬克斯·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)研究所進(jìn)行博士后研究工作。

從成人肝組織出發(fā)，解決“源頭”問題

突破的第一步，來自對(duì)“細(xì)胞來源”的重新思考。

研究團(tuán)隊(duì)從多達(dá)28位成人供體的新鮮肝組織中，成功分離并建立了可長期傳代、冷凍保存的人源肝細(xì)胞類器官體系。這一規(guī)模的供體來源，覆蓋不同性別、年齡與遺傳背景，不僅保證了模型的穩(wěn)定性，也顯著增強(qiáng)了研究結(jié)果的臨床外推價(jià)值。

通過系統(tǒng)分析肝臟再生和腫瘤發(fā)生中的關(guān)鍵信號(hào)通路，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：同時(shí)激活WNT與YAP信號(hào)，可重新喚醒成人肝細(xì)胞的增殖潛能。基于這一發(fā)現(xiàn)，他們首次實(shí)現(xiàn)了成人肝細(xì)胞在體外的長期擴(kuò)增。

肝細(xì)胞類器官培養(yǎng)支持初級(jí)人肝細(xì)胞的長期擴(kuò)增

讓“迷你肝”走向成熟

在獲得可擴(kuò)增的人源肝細(xì)胞類器官后，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)體系：

• 去除早期激活增殖所需的 YAP、FGFR2；

• 維持 WNT 信號(hào)并引入 FGF-19 與地塞米松（Dexa）；

這一調(diào)整顯著促進(jìn)了肝細(xì)胞極性的建立和膽小管網(wǎng)絡(luò)的形成，同時(shí)增強(qiáng)了藥物代謝等成熟肝功能，并能夠穩(wěn)定保留不同供體間的個(gè)體特異性。

這些結(jié)果表明，該體系不僅“長得像”肝臟，更在功能層面逼近真實(shí)成人肝組織。

h-HepOrgs 可再現(xiàn)肝臟的結(jié)構(gòu)特征，包括膽小管網(wǎng)絡(luò)的形成

三種細(xì)胞，一塊“門區(qū)”

在此基礎(chǔ)上，研究人員將：成人來源的肝細(xì)胞類器官、同一供體來源的膽管上皮類器官、以及門區(qū)成纖維細(xì)胞整合到同一培養(yǎng)體系中，成功構(gòu)建出人源肝臟門區(qū)組裝體（assembloid）。

這一模型在空間結(jié)構(gòu)、細(xì)胞組成和區(qū)域性基因表達(dá)上，高度復(fù)現(xiàn)了體內(nèi)門區(qū)肝組織的特征，真實(shí)重建了多細(xì)胞之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)。

人源性門區(qū)組裝體

在培養(yǎng)皿中“重現(xiàn)疾病”

更令人矚目的是，該人源肝臟組裝體不僅可模擬健康組織狀態(tài)，還具備疾病建模能力。

通過調(diào)控門區(qū)間充質(zhì)細(xì)胞的比例，研究團(tuán)隊(duì)在體外成功誘導(dǎo)出早期膽管纖維化樣改變：

• 膽管早期異常增殖；

• 肝細(xì)胞損傷信號(hào)增強(qiáng)；

• 炎癥與 ECM 相關(guān)通路顯著上調(diào)。

這為系統(tǒng)研究膽管纖維化及相關(guān)肝臟疾病的發(fā)生機(jī)制，提供了一個(gè)前所未有的人源體外模型。

意義與展望：人源肝模型的關(guān)鍵一步

這項(xiàng)研究在結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、細(xì)胞多樣性與功能成熟度等多個(gè)維度上，填補(bǔ)了現(xiàn)有 3D 人肝模型的空白。

更重要的是，其可擴(kuò)增、可定制、供體特異性的特點(diǎn)，使其在藥物篩選、毒性評(píng)估、代謝研究以及個(gè)性化精準(zhǔn)醫(yī)療中展現(xiàn)出廣闊前景。

當(dāng)然，該模型目前仍主要聚焦于肝臟門區(qū)，尚未納入中央靜脈區(qū)、血管內(nèi)皮、免疫及神經(jīng)細(xì)胞等成分。未來，隨著更多細(xì)胞類型的引入，一個(gè)更加完整、更加“接近真實(shí)人體”的人源肝臟模型，或?qū)⒉辉龠b遠(yuǎn)。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09884-1