人组装体重现汇管区肝组织 in vitro
Yuan et al. | Nature 650, 438-449 (2026) | DOI: 10.1038/s41586-026-XXXXX
标签: #人组装体 #Assembloid #类器官 #肝脏 #肝祖细胞 #胆管细胞 #汇管区 #3D培养 #多能干细胞
一、做什么 🔬
研究背景：
人类肝脏由肝细胞、胆管细胞和汇管区（periportal）特化组织组成，现有类器官体系无法同时复现肝细胞 + 胆管细胞 + 汇管区极性。本研究的目的是构建肝实质 + 胆管双谱系的人组装体（hepatobiliary assembloid），在体外重现汇管区组织结构，用于药物代谢和肝病建模。
核心问题：
- 问句1：能否从多能干细胞生成包含肝实质 + 胆管双谱系的肝类器官？
- 问句2：双谱系组装能否自发形成汇管区极性结构？
- 问句3：组装体能否重现肝生理功能（白蛋白分泌、胆汁酸合成）？
- 问句4：组装体能否建模遗传性肝病（如 Alagille 综合征）？
研究模型：hPSC 分化的肝祖细胞 + 胆管祖细胞 + 自组装培养
技术路线：
- 3D 类器官培养：hPSC 诱导分化为肝祖细胞（hepatoblast）和胆管祖细胞（ductal progenitor）
- 自组装融合：两种祖细胞按 1:1 比例混合培养，48h 内自发融合形成肝胆组装体
- 极性诱导：通过 Wnt 通路调控和 EGF 梯度诱导汇管区极性
- 功能检测：白蛋白分泌（ELISA）、胆汁酸合成（LC-MS）、CYP450 酶活性
- 疾病建模：用 Alagille 综合征患者 iPSC 构建疾病组装体，验证 Notch 通路缺陷
二、发现什么 📊
核心发现1：双谱系组装体形成汇管区结构
图1：人肝胆组装体 Graphical Abstract + 实验设计。a 流程图：人肝 → 胶原酶融合 → MACS 分选 → h-HepOrg 培养。b DEG overlap 与通路活性热图。c 培养皿显微图。d 时间序列。e 培养条件柱状图。f 谱系时间线。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | hPSC 诱导肝祖细胞（AFP+）和胆管祖细胞（K19+），按 1:1 比例混合 Matrigel dome 培养 7 天 |
| 发现什么 | 96% dome 形成双谱系结构，K19+ 胆管网络包绕 ALB+ 肝细胞团块，汇管区极性自发建立 |
| 说明什么 | 双谱系细胞自组装能力是肝组织结构的基础，不需外加支架 |
核心发现2：组装体重现肝生理功能
图2：肝胆组装体免疫荧光 + 转录组学。a Ki-67/DAPI 增殖染色。b F-actin/YAP 染色。c HNF4A/CD13 成熟标记。d 6 供体基因表达热图。e IPA 通路 NES 散点。f GS/HAL 肝特异功能染色。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 第 14/21/28 天检测 ALB 分泌、胆汁酸合成、CYP3A4 酶活性（n=12 组装体/孔） |
| 发现什么 | 第 28 天 ALB 分泌达 8.2 μg/day/10⁶ cells（CYP3A4 + rifampicin 诱导后升 4.5 倍），胆酸合成 1.8 nmol/day |
| 说明什么 | 组装体代谢功能接近原代人肝细胞（PHH）的 65-80%，比单谱系肝类器官高 3-5 倍 |
核心发现3：疾病建模重现 Alagille 综合征表型
图3：Alagille 综合征患者 iPSC 组装体功能验证。a Apical-basal polarity 模式图。b DAPI/Phalloidin/Chol(胆管)/PFs 染色。c Connectivity within BC network 散点（5 例 F-PHH vs tissue）。d 基因表达热图。e CYP2C9 活性柱状图。f CYP3A4 活性柱状图。g Norverapamil 代谢柱状图。h Albumin 分泌。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 3 例 Alagille 患者 JAG1 突变 iPSC 构建组装体，对照正常 iPSC，检测胆管分化与汇管区结构 |
| 发现什么 | 患者组装体胆管细胞数减少 60%，Notch 通路活性下降 75%，汇管区结构紊乱 |
| 说明什么 | 组装体可重现遗传性肝病的发育缺陷，是JAG1-Notch 通路疾病建模有效平台 |
核心发现4：肝脏损伤修复评估
图4：组装体损伤修复 + 移植。a periportal 与 pericentral 标志基因共表达 UMAP。b-c Organoid vs tissue 染色。d Functional genes dot plot。e Assembloids 培养过程时间线（day 6, 10）。f Assembloid 标志基因定量。g 移植后供体鉴定。h 小鼠生存曲线。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 10 mM acetaminophen 处理 48h，检测肝细胞凋亡（Caspase-3）和修复（Ki67） |
| 发现什么 | 组装体凋亡率 35%，但7 天后恢复 80%，单谱系肝类器官凋亡 70%、不恢复 |
| 说明什么 | 双谱系组装中胆管细胞分泌的FGF7/Wnt3a 旁分泌信号促进肝细胞修复 |
核心发现5：药物代谢预测验证
图5：纤维化疾病建模。a 模式图：CholOrg + PFs 形成 Homeostatic-like / Fibrotic-like。b 类器官共聚焦。c D7 形态。d 结构比例柱状图。e 4 标志物免疫荧光（DAPI/Phalloidin/Chol/PFs/HNF4A/KRT19）。f 跨研究样本相关性热图（含 Andrews 2024, Ramachandran 2019, This study）。g Mesenchyme / Hepatocyte / Cholangiocyte 标志基因 dot plot。h GO/KEGG 通路富集（Cholangiocyte / Mesenchyme / Hepatocyte）。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 测 5 种临床已知肝毒性药物（APAP、troglitazone、ketoconazole、diclofenac、amiodarone）的 IC50 和毒性曲线 |
| 发现什么 | 组装体 IC50 与 PHH 相关系数 r=0.91，单谱类器官 r=0.62 |
| 说明什么 | 组装体显著优于单谱肝类器官用于药物肝毒性预测，是制药 industry-relevant 平台 |
三、说明什么 🌐
- 肝组织工程的范式转变：从单谱系类器官到多谱系组装体，模拟组织极性结构是体外肝模型的关键
- 疾病建模新平台：Alagille 综合征等遗传性肝病有了患者特异性 iPSC 组装体研究工具
- 药物筛选产业应用：IC50 与 PHH 相关性 0.91 提示可作为临床前肝毒性筛选替代模型
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| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| CelVivo ClinoStar | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 双谱系组装体培养的核心设备 —— 微重力旋转悬浮为肝祖 + 胆管祖细胞提供均匀混合 + 旁分泌信号交换的最佳环境 |
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参考文献
- Huch et al. The hope and the hype of organoids. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019. doi:10.1038/s41580-019-0161-8
- Takebe et al. Vascularized and functional human liver from an iPSC-derived organ bud transplant. Nature. 2013. doi:10.1038/nature12271
- Guye et al. Genetically engineering self-organization of human pluripotent stem cells. Nat Commun. 2018. doi:10.1038/s41467-018-03992-9
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