我国是全球肝病流行率最高的国家，每年约有 30 万～40 万人死于肝病。肝衰竭是肝病患者死亡的重要原因之一。虽然肝脏在受损后具有再生能力，但在急性肝衰竭（ALF）的情况下，这种再生能力往往是杯水车薪，紧急肝移植成为唯一的治疗选择。
而供体短缺又严重限制了肝移植的临床应用，每年只有不到 1% 的患者能够接受肝移植手术。因此，我们迫切需要有效的促再生疗法，以增强肝脏固有的再生和修复能力。
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为了促进对人类肝脏再生的理解，来自苏格兰爱丁堡大学的研究人员通过单核 RNA 测序等前沿技术，解构了人类肝脏再生的过程，并发现了一种负责修复受损肝脏组织的细胞，即 ANXA2 阳性迁移性肝细胞亚群（ANXA2+ migratory hepatocyte subpopulation）。
相关论文于 2024 年 5 月 1 日在线发表在《自然》（Nature） 杂志上，接下来就让我们一起探索肝脏再生的奥秘吧！
苏格兰爱丁堡大学的研究人员发表解析人类肝脏再生的论文。图片来源：《自然》杂志官网
多模式解构人类肝脏再生
通过筛选来自急性肝衰竭和慢性肝病患者的人肝移植样本，研究人员发现，对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭（APAP-ALF）表现出肝细胞的显著增殖。
在结构上，对乙酰氨基酚中毒可导致肝细胞融合性坏死，并从肝小叶中心周围静脉区向外延伸。与残余活区(RVR)相比，坏死周围区(PNR)的肝细胞增殖显著增加。
对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭的肝小叶坏死模式。图片来源：改编自参考文献[3]
为了解构人类的肝脏再生，研究人员采用多模式的方法，包括单核 RNA 测序（snRNA-seq）、空间转录组学（ST）和多重单分子荧光原位杂交（MsmFISH），建立了人类肝脏再生的单细胞泛谱系图谱，揭示了在对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭中，残留的人肝细胞表现出功能可塑性，来弥补中央静脉周围肝细胞的大量损失。
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ANXA2 阳性迁移性肝细胞亚群
肝细胞补充是肝脏再生的关键过程。鉴于此，研究人员重点关注了单核 RNA 测序数据集中的肝细胞，结果发现了一个独特的 ANXA2 阳性肝细胞亚群，且该亚群在对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭肝脏中数量显著增加，并表现出迁移形态，具有膜皱褶和延伸的片状足。
对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭中 ANXA2 阳性肝细胞显著增多，具有迁移形态。图片来源：改编自参考文献[3]
此外，研究人员也在对乙酰氨基酚诱导的急性肝损伤小鼠模型中观察到了 ANXA2 阳性肝细胞亚群，其模式与在人类中发现的相似，这也让研究人员能够利用小鼠模型更详细地研究肝脏再生的动力学。
先增殖还是先愈合？这是一个问题
通过观察对乙酰氨基酚诱导小鼠肝损伤后肝脏再生的动态过程，科学家们发现伤口闭合和肝细胞增殖之间存在时间差：肝细胞坏死在对乙酰氨基酚处理 36 小时达到峰值，并于 48 小时下降超过 50% ，而肝细胞增殖则在 72 小时才达到峰值，这表明，肝脏的伤口愈合是先于肝细胞增殖的。
肝脏伤口闭合和肝细胞增殖的时间曲线（图片来源：改编自参考文献 3）
那么肝脏的伤口是如何快速闭合的呢？通过标记增殖的肝细胞，研究人员发现，中央静脉附近坏死区域的大多数肝细胞并非新增殖的，难道迁移的细胞群？
肝脏伤口是怎么闭合的？
细胞迁移！
为了一探究竟，研究人员用 4D 活体显微镜研究了对乙酰氨基酚诱导肝损伤后肝细胞是否在体内发生迁移。
结果发现，在 ANXA2 阳性肝细胞出现的时候（肝损伤后 36～42 小时），肝细胞片发生了集体迁移，靠近伤口的肝细胞前缘形成了的膜褶皱和片状足，成像期间坏死面积减少 19.4% 。
坏死周围区（PNR）肝细胞的移动性显著大于残余活区（RVR）中的肝细胞。这表明，肝损伤后伤口愈合的主要原因就是肝细胞迁移！
肝细胞中的 ANXA2 调节伤口闭合
ANXA2 基因是人类和小鼠迁移肝细胞的关键标志物，先前的研究也表明 ANXA2 在其他疾病环境中调节细胞迁移。
为了确定 ANXA2 基因在对乙酰氨基酚诱导的小鼠肝损伤中的功能作用，研究人员在体内特异性地敲低了肝细胞中的 Anxa2 基因，结果发现坏死周围区（PNR）的肝细胞没有发生迁移，肝脏伤口无法闭合。这说明，肝细胞 ANXA2 的表达调节了对乙酰氨基酚诱导的肝损伤再生过程中肝细胞迁移和伤口愈合。
Anxa2 敲低后肝脏伤口无法闭合（虚线标注为坏死区）（图片来源：改编自参考文献 3）
至此，我们终于明白了肝脏再生的过程：对乙酰氨基酚造成肝损伤后，ANXA2 阳性迁移性细胞群一马当先，迅速封闭伤口，随后其他肝细胞开始快速增殖，恢复肝脏结构。
这听起来是不是和皮肤的伤口愈合很像？是的，表皮屏障的快速重建对于阻止病原体的入侵至关重要，肝脏伤口的快速愈合也有利于恢复肠-肝屏障，防止细菌传播导致脓毒症和多器官衰竭。
ANXA2 阳性“领导”肝细胞快速闭合肝脏伤口（图片来源：改编自参考文献 3）
结语
在古希腊神话中，为人类盗取文明之火的普罗米修斯被恶鹰啄食肝脏，次日他的肝脏又重新长了出来，可见很早之前人类就发现了肝脏强大的再生能力。
但时至今日，肝脏再生的秘密也没有被完全揭开。在这项研究中，我们看到了肝脏再生的一个意想不到的方面，这为促进正常肝脏微结构快速重建和开发肠-肝屏障修复的疗法提供了新思路，让我们期待着这些研究成果早日应用于临床！
参考文献
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出品丨科普中国
作者丨李玉欢 吉林大学
监制丨中国科普博览
责编丨杨雅萍
审校丨徐来、林林