肝脏作为重要的代谢器官，具有诸多明显的空间功能异质特征，其中一个显著的特性就是沿其功能单元——肝小叶血液流向（从汇管区流向中央静脉区）形成的代谢分区。肝脏代谢异源性物质的酶主要分布于中央静脉区（pericentral，PC），对乙酰氨基酚、酒精、抗结核药物、部分中药以及四氯化碳等药物/毒物通常导致PC区肝细胞损伤，该损伤和临床包括急性爆发性肝衰竭等多种肝脏疾病高度相关，使得揭示PC区损伤后肝脏再生或再生障碍的机制受到广泛关注，成为领域内的热点科学问题。近年来的研究发现，损伤区域周围肝细胞参与了PC区的再生修复，然而，其究竟对肝脏再生贡献有哪些作用，潜在的时空动态性分子和细胞机制是什么，依然缺乏清晰阐释。

近日，北京清华长庚医院肝胆胰中心王韫芳教授/董家鸿院士团队与清华大学自动化系古槿副教授团队基于四氯化碳诱导急性PC区肝损伤模型，绘制了不同区域肝细胞和损伤区域非实质细胞的时空动态性细胞图谱，揭示了损伤周围残余的PC区肝细胞对再生的贡献及可能的分子机制。

研究团队利用谱系示踪、单细胞测序、空间转录组测序、免疫染色鉴定及体内功能评估等多模态技术，解析了四氯化碳诱导的急性PC区肝损伤后再生规律。研究发现，84%的新生PC区肝细胞由损伤区域周围残余的CYP2E1+肝细胞增殖而来，只有16%的肝细胞由先前未受损伤的汇管区（periportal，PP）肝细胞贡献。mTOR/4EBP-1信号通路以及乳酸脱氢酶A（LDHA）表达上调显著参与了调控PC区肝细胞的再生。此外，研究人员还描绘了损伤修复过程中不同类型细胞的空间分布和时空命运，展示了肝小叶PP-PC轴基因表达动态变化的三维视图，系统刻画了肝再生修复过程中不同细胞类型多个信号通路活性的时空变化模式。

研究发现，在再生过程中，整体肝细胞的代谢与增殖呈现负相关，损伤周围肝细胞的运动能力得到增强，髓系来源的多种天然免疫细胞动态性被招募到损伤区域，且损伤区域存在肝星状细胞的活化以及TGF-β1信号通路的激活等系列损伤-再生反应。最后，该研究还建立了一种基于小分子肽的减轻PC区肝损伤/促进肝再生的有效策略。

该研究采用典型的“生物模型-组学分析-定量建模-生物机制”这一多学科交叉研究模式，发挥了时空组学在探索生物机制时提出新假说的作用，不仅为肝损伤后再生的精准医治提供了新思路，其计算分析方法更为利用动态组学数据绘制生物过程时空分子画像提供了范例，阐明了急性中央静脉区肝损伤后残余肝细胞对于再生的作用贡献及其参与再生的可能分子机制，系统揭示了不同区域肝细胞和非实质细胞协同再生的时空动态性分子和细胞行为，为深入理解区域性肝损伤及其修复提供了全新的视野。该研究建立的基于RGD肽治疗损伤模型的方法，为临床急性药物性肝损伤提供了新的策略。

多模态技术解码肝脏急性中央静脉区损伤后再生规律

相关研究成果以“肝脏急性中央静脉区损伤后区域性肝再生的分子和细胞机制”（Region-specific cellular and molecular basis of liver regeneration after acute pericentral injury）为题，于2月22日发表于国际干细胞顶级期刊《细胞干细胞》（Cell Stem Cell）上。

王韫芳、董家鸿、古槿为论文通讯作者。解放军总医院第八医学中心副研究员王术勇、北京清华长庚医院肝胆胰实验室科研助理王璇、清华大学自动化系2022级博士生单怡然为论文共同第一作者。北京清华长庚医院肝胆胰实验室技术员宿钰鑫、2021级博士生曹彦楠和王爽亦为该研究作出贡献。研究得到国家自然科学基金委“组织器官再生修复的信息解码及有序调控”重大研究计划重点项目等的支持。