《Nature》肝星状细胞通过 R-spondin 3 调控肝脏分区、大小和功能：开拓肝脏疾病治疗新视野

为探究肝星状细胞（HSCs）非纤维化功能，研究人员发现 HSCs 通过 R-spondin 3（RSPO3）调控肝脏，为肝脏疾病治疗提供新方向。

　　

肝脏作为人体重要的代谢和解毒器官，在维持生命活动中起着关键作用。它不仅是碳水化合物、葡萄糖和蛋白质代谢的中枢，还能对内源和外源物质进行解毒。然而，当肝脏受到损伤或疾病侵袭时，其正常功能会受到影响，进而威胁人体健康。肝纤维化是许多肝脏疾病发展的重要阶段，一直以来，肝星状细胞（HSCs）因其在肝纤维化中的关键作用备受关注。但 HSCs 在肝脏中的其他功能，尤其是与纤维化无关的稳态功能，却知之甚少。传统观点认为，HSCs 主要参与肝脏纤维化进程，这种认知限制了对肝脏疾病发生发展机制的深入理解。为了填补这一知识空白，深入探究 HSCs 在肝脏中的复杂作用，来自哥伦比亚大学等多个研究机构的研究人员展开了一系列研究。
研究成果发表在《Nature》杂志上，该研究揭示了 HSCs 在肝脏中的重要调控作用，为理解肝脏生理和病理过程提供了新的视角，也为肝脏疾病的治疗开辟了新的方向。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是基因编辑技术，通过构建多种基因敲除小鼠模型，如 HSCs 特异性敲除 Rspo3^ΔHSC小鼠、诱导型敲除 Rspo3^{ΔHSC ind}小鼠等，精确探究基因功能；二是单细胞测序技术，包括单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq），分析不同细胞类型的基因表达谱，确定细胞间的相互作用和信号通路；三是代谢组学分析，利用质谱技术检测肝脏代谢物的变化，深入了解肝脏代谢功能；四是组织学和免疫学检测方法，如免疫组化（IHC）、免疫印迹（immunoblotting）和酶联免疫吸附测定（ELISA）等，用于检测蛋白表达和细胞增殖、损伤等指标。研究样本来自人类肝脏组织以及多种小鼠模型，人类样本包括不同肝脏疾病患者的肝组织，小鼠模型涵盖了多种基因编辑小鼠和疾病诱导模型。
研究结果如下：

1. HSCs 对肝脏再生和损伤的调控：研究人员通过 Lrat-cre 和 Cre 诱导的白喉毒素受体（iDTR）系统特异性地耗尽 HSCs，发现 HSC 耗尽的小鼠肝脏再生能力受损，肝体重量比、Ki-67⁺和 cyclin D1⁺肝细胞数量以及 Mki67 和 Ccnd1 mRNA 水平显著降低。在受到肝毒素（如 CCl₄或对乙酰氨基酚（APAP））损伤时，HSC 耗尽的小鼠肝脏损伤明显减轻，存活率显著提高；但在受到门静脉周围毒素烯丙醇损伤时，肝脏损伤和死亡率却增加。这表明 HSCs 是肝脏再生和损伤的重要调节因子，且这种调节可能具有区域依赖性。体外实验发现，与 HSCs 共培养能显著促进肝细胞增殖，而肝细胞生长因子（HGF）和 I 型胶原蛋白等已知的 HSC 分泌因子并不能完全解释 HSCs 对肝细胞增殖和损伤的影响，提示存在其他未被发现的 HSC 分泌因子在起作用。

2. HSCs 对肝细胞功能和分区的调控：对 HSC 耗尽的肝脏进行转录组分析发现，代谢相关通路发生显著改变，包括药物、细胞色素 P450、亚油酸、酪氨酸、色氨酸和咖啡因代谢等。RNA 测序（RNA-seq）和定量 PCR（qPCR）结果显示，肝细胞中与代谢、再生和代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD）及酒精性肝病（ALD）相关的特征基因表达发生变化，如细胞色素 P450 氧化酶 Cyp1a2 和 Cyp2e1 等基因表达下降，Cyp2f2 表达增加。免疫组化分析证实了这些蛋白表达的改变，并发现肝脏分区发生显著变化，中央至中区的 CYP2E1⁺CYP1A2⁺RGN⁺区域收缩，门静脉周围的 CYP2F2⁺HAL⁺区域扩张。这表明 HSCs 在调节肝脏代谢分区和区域特异性肝细胞增殖、细胞死亡中发挥重要作用。

3. HSCs 对肝脏 WNT 活性的调控：通过基因集富集分析（GSEA）发现，WNT/β -catenin 信号通路在 HSC 耗尽的肝脏中发生显著变化，HSC 耗尽的肝脏中肝细胞富集的 WNT 靶基因显著减少。进一步分析发现，R-spondin 3（RSPO3）是 HSCs 调节 WNT 活性的关键候选因子。RSPO3 在 HSCs 中高度富集，且其表达与 HSC 标记物 Lrat 和 WNT 靶基因 Cyp1a2、Cyp2e1 显著相关。在 HSC 特异性敲除 Rspo3 的小鼠中，肝脏表现出与 HSC 耗尽小鼠相似的表型，包括肝体重量比降低、WNT 靶基因表达抑制和肝脏分区改变等。这表明 RSPO3 是 HSCs 与肝细胞之间通讯的重要介质，介导了 HSCs 对肝脏大小、分区和功能的调控。

4. RSPO3 对肝脏疾病的影响：在 Rspo3^ΔHSC小鼠中，研究人员进一步研究了 RSPO3 对肝脏再生、损伤和疾病的影响。结果发现，Rspo3^ΔHSC小鼠在 70% 部分肝切除（PHx）或 TCPOBOP 处理后，肝脏再生能力受损，血清 ALT 和肝坏死面积显著降低，存活率提高；在接受 Lieber - DeCarli 酒精性肝病模型和 CDAA - HFD 饮食诱导的 MASLD 模型处理时，肝脏脂肪变性、损伤和纤维化增加。这表明 HSCs 通过 RSPO3 调节肝脏再生、损伤和代谢功能，在肝脏疾病的发生发展中起着关键作用。此外，研究人员还发现，在人类肝脏疾病中，RSPO3 表达随着疾病进展逐渐降低，且与患者的死亡率、肝癌发生和肝脏相关事件呈负相关。这表明 RSPO3 在肝脏疾病中具有保护作用，其表达水平的变化可能影响疾病的预后。
   研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 HSCs 通过 RSPO3 发挥的非纤维化功能，这些功能对肝脏代谢、再生和肝细胞死亡等关键过程具有重要影响。HSCs - RSPO3 轴在维持肝脏稳态中起着关键作用，其功能的丧失与慢性肝病（CLD）的进展密切相关。研究还发现，RSPO3 在急性毒性肝损伤和慢性代谢性损伤中的作用似乎相反，这与下游靶标 β - catenin 在肝细胞损伤中的功能一致。此外，研究数据修正了肝脏分区的纯血管分泌模型，表明肝脏分区和功能是由分泌 WNT 的内皮细胞、分泌 RSPO3 的 HSCs 和表达 R - spondin 受体 LGR4 和 LGR5 的肝细胞共同调节的。该研究为理解肝脏的复杂调控机制提供了新的视角，为肝脏疾病的治疗提供了潜在的新靶点和治疗策略。未来，进一步研究 HSCs 中 RSPO3 蛋白水平的变化及其与患者预后的关系，以及开发针对 HSCs - RSPO3 轴的治疗方法，有望为肝脏疾病的治疗带来新的突破。