肝脏再生启动与类器官形成中的转录景观与染色质可及性关键调控因子解析

本研究通过整合RNA测序（RNA-seq）、染色质可及性测序（ATAC-seq）和靶向切割标记（CUT&Tag）技术，揭示了转录因子ATF3和ONECUT2通过动态调控靶基因启动子结合（ATF3激活Slc7a5/mTOR通路，ONECUT2解离Hmgcs1启动子），在肝脏再生启动期和肝细胞类器官（Hep_Orgs）形成中发挥"分子开关"作用，为再生障碍性肝病治疗提供了新靶点。

　　

肝脏作为具有惊人再生能力的器官，在部分肝切除（PHx）或化学损伤后能启动精密调控的再生程序。这项研究通过多组学整合分析，首次系统描绘了肝脏再生启动阶段的表观遗传和转录调控网络，并建立了肝细胞类器官（Hep_Orgs）与体内再生过程的分子关联。

类器官形成模拟肝脏再生早期应答
研究者对未损伤肝脏、再生启动期（6-12小时）、增殖期（24-72小时）和终止期（7-21天）的肝细胞进行RNA测序分析，发现6,413个差异表达基因。通过模糊聚类算法将基因表达模式分为三类：在再生启动期显著上调的基因（如早期反应转录调节因子Ier3、Mier2）、增殖期高表达的细胞周期相关基因、以及持续下调的代谢相关基因（如Cyp1a2、Dhcr24）。值得注意的是，肝细胞类器官的转录谱与再生启动期（特别是PHx后6小时）高度相似，两者共享457个上调基因（涉及PI3K-AKT和TNF-α信号通路）和983个下调基因（主要参与脂质代谢过程）。

染色质可及性变化揭示关键转录因子动态
通过ATAC-seq分析再生不同阶段和类器官形成过程中的染色质开放状态，发现启动期（6小时）染色质可及性变化最为显著。研究者将转录因子分为"启动开启"（Initiation_on）和"启动关闭"（Initiation_off）两组：前者包括ATF3、BATF、JUNB等，其结合位点在再生启动时可及性增加；后者包含ONECUT2、CUX2等，其结合位点可及性降低。虽然基序分析最初提示ONECUT1可能起重要作用，但蛋白表达验证发现ONECUT2（与ONECUT1共享结合基序）在再生启动期表达显著下降。

ATF3-ONECUT2调控网络的分子机制
CUT&Tag技术鉴定出ATF3在类器官中结合40,544个基因组位点，其中211个靶基因在再生启动期上调。特别值得注意的是，ATF3直接结合Slc7a5（又称LAT1）启动子激活其表达，进而通过促进亮氨酸转运激活mTOR信号通路（表现为S6K和4EBP1磷酸化水平升高）。相反，ONECUT2结合49,777个位点，其与628个下调基因相关。研究发现ONECUT2从Hmgcs1启动子解离，导致这个胆固醇合成限速酶表达下降。在PHx和CCl₄诱导的肝损伤模型中，敲低Atf3或过表达Onecut2均会延缓肝脏再生，表现为Ki67⁺和PCNA⁺增殖细胞减少，AST/ALT水平升高，肝体比恢复延迟。

治疗潜力与转化价值
这项研究不仅阐明了ATF3和ONECUT2作为"分子开关"调控肝脏再生启动的精确机制，还建立了肝细胞类器官作为研究再生早期事件的可靠模型。从转化医学角度看，靶向调控ATF3/Slc7a5/mTOR轴或ONECUT2/Hmgcs1/胆固醇合成通路，可能为肝硬化、急性肝衰竭等再生障碍性肝病提供新的治疗策略。特别是发现ATF3激活可促进mTOR信号这一机制，为临床使用mTOR抑制剂（如雷帕霉素）的时机选择提供了重要理论依据。