人类肝脏门静脉区 assemblloid 模型——体外重建肝组织复杂结构
来源文献: Yuan L, Dawka S, Kim Y, et al. Human assembloids recapitulate periportal liver tissue in vitro. Nature. 2026;650:438-449.
DOI: 10.1038/s41586-025-09884-1
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发表日期: 2025年12月17日在线 / 2026年2月12日印刷
机构: 德国马克斯·普朗克研究所 · 德累斯顿工业大学 · 莱比锡大学 · 汉阳大学 等
核心发现
这篇 Nature 论文首次实现了从成人患者肝组织中直接分离并长期扩增人肝细胞，并在此基础上构建了包含肝细胞-胆管细胞-门静脉间质三种细胞类型的门静脉区 assemblloid 模型，成功模拟了人类肝脏的生理结构和胆管纤维化疾病。
五大突破
- 人肝细胞长期扩增（>3个月）——首次在体外实现成人肝细胞持续增殖
- 患者特异性特征保留——28位供体的个体差异在培养中完整保留
- 体内功能验证——移植后挽救了酪氨酸血症小鼠的致死表型
- 多细胞门静脉区 assemblloid——三种细胞自组装重现组织学结构
- 胆管纤维化建模——通过调控间质细胞数量模拟 PSC/PBC 病理特征
技术策略
从患者组织到人肝细胞类器官（h-HepOrgs）
关键挑战: 成人肝细胞在体外无法长期扩增，这是领域内长期以来的技术瓶颈。
解决方案:
- EpCAM MACS 分选：从 EpCAM 阴性组分中分离出原代肝细胞（PHHs）
- WNT + YAP 联合激活：Wnt 替代物（WntS）+ LATS1/2 抑制剂（TRULI）促进肝细胞退出静息期
- 烟酰胺去除：去除 nicotinamide 后，类器官形成效率提升近 10 倍
- EM2 培养基: MM + WntS + TRULI - Nic
图1 | 人肝细胞类器官（h-HepOrgs）的生成和长期扩增
肝细胞成熟分化
扩的 h-HepOrgs 在 EM2 中呈未成熟状态。通过去除 YAP 和 FGFR2 激活，维持 WNT 信号，添加地塞米松，开发了分化培养基（DM）：
| 指标 | EM2（扩增） | DM（分化） |
|---|---|---|
| Ki-67+ 增殖 | 高 | 显著降低 |
| 胆汁小管形态 | 宽、断开、圆形 | 细长、分支、互联 |
| 白蛋白分泌 | 中等 | 与 7 天 PHH 相当 |
| CYP3A4 活性 | 中等 | 中等 |
| CYP2C9 活性 | 中等 | 与 7 天 PHH 相当 |
| 维拉帕米代谢 | - | 超过 1 天 PHH |
分化后 h-HepOrgs 的关键功能：
- 维拉帕米 → 去甲维拉帕米的代谢能力超过新鲜分离的 1 天 PHH
- 不同供体间的代谢差异被保留（个体化药物代谢研究平台）
- 移植到 Fah⁻/⁻Rag2⁻/⁻Il2rg⁻/⁻ 小鼠后挽救了致死表型
图3 | h-HepOrgs 维持体内功能特征和供体特异性
核心结果
1. 胆汁小管网络的体内样重构
分化后 h-HepOrgs 重建了肝细胞的复杂细胞极性：
- ZO-1 定位于相邻肝细胞的顶面，类似于体内 bile canaliculi 形态
- CD13+ 胆汁小管更长、更分支，网络连通性显著提升
- 不同供体的胆汁小管形态差异被保留（细均匀型 vs 宽不均匀型 vs 密集分支型）
2. 患者特异性特征完整保留
h-HepOrgs 与来源原代肝细胞的转录组相关性 R² = 0.7-0.9
供体特异性基因涉及：
- 肝炎病毒感染：IL1RL1、ERAP2
- 肝癌：GPC3
- 妊娠期胆汁淤积：GABRP
- 代谢通路：GSTM3、LDHC、APOA4、FAR2、ACSM1
3. 门静脉区 assemblloid 的自组装
将 h-HepOrgs + 胆管细胞类器官（h-CholOrgs）+ 门静脉间质（CD90+PDGFRA+ 门静脉成纤维细胞）按比例混合：
| 细胞类型 | 体内比例 | assemblloid 比例 |
|---|---|---|
| 肝细胞 | 77% | ~80% |
| 胆管细胞 | 15% | ~15% |
| 门静脉成纤维细胞 | 8% | ~8% |
自组装效率: AggreWell 法约 80% 成功
结构特征（Day 3）：
- 胆管细胞（KRT19+）形成含开放管腔的胆管样结构
- 门静脉成纤维细胞与胆管细胞基底面形成物理接触
- 两种细胞类型嵌入肝细胞（HNF4A+）实质中
- 这种结构在约 80% 的 assemblloid 中可重现
图4 | 人类门静脉区 assemblloid 重现体内肝脏门静脉结构
4. assemblloid 中的门静脉区肝细胞身份
scRNA-seq 对比发现，assemblloid 中的肝细胞相对于单独培养的 h-HepOrgs 在 DM 中：
- 上调门静脉区标记：SAA1、SAA2、HAMP、APOA1
- 下调中央静脉标记：CYP2E1、CYP3A4、GLUL
功能验证：
- assemblloid 的尿素合成和糖异生（门静脉功能）显著优于单独培养的 h-HepOrgs
- 白蛋白分泌随时间增加，匹配肝细胞类器官水平
5. 胆管纤维化建模
将门静脉间质细胞数量增加 20 倍，其他细胞数量不变，产生了纤维化样 assemblloid：
| 特征 | 稳态样 | 纤维化样 |
|---|---|---|
| 胆管细胞数量 | 正常 | 显著增加（增殖反应） |
| 肝细胞数量 | 正常 | 减少（凋亡增加） |
| 基质沉积基因 | 低 | 显著上调（胶原、ECM） |
| 炎症通路 | 低 | TNF、IL-4、IL-6、NF-κB、JAK-STAT 激活 |
| TGFβ 信号 | 低 | 肝细胞和胆管细胞均上调 |
| 肝细胞功能 | 正常 | 胆汁分泌、脂质代谢、药物代谢下调 |
| 形态 | 正常 | 囊性样表型，部分肝细胞表达 KRT19 |
关键发现：纤维化样 assemblloid 的转录组特征与 PSC（原发性硬化性胆管炎）和 PBC（原发性胆汁性胆管炎）患者肝脏高度相关。
图5 | 门静脉区 assemblloid 模拟人类胆管纤维化
对类器官研究的意义
范式转变
| 维度 | 之前的模型 | 本研究 |
|---|---|---|
| 肝细胞扩增 | 无法扩增成人肝细胞 | >3个月持续扩增 |
| 供体数量 | 少量 | 28 位供体（11-85岁） |
| 细胞类型 | 单一上皮 | 三种细胞共组装 |
| 组织结构 | 缺乏门静脉结构 | 重现门静脉区架构 |
| 疾病建模 | 仅上皮缺陷 | 胆管纤维化（PSC/PBC） |
| 个体化 | 有限 | 供体间差异完整保留 |
与 Celvivo/ClinoStar 的关联
肝脏类器官和 assemblloid 的培养需要高度稳定的流体环境。门静脉区 assemblloid 包含三种细胞类型的自组装过程对培养环境的机械扰动极为敏感，剪切力过大会破坏胆管-间质-肝细胞的精密接触。ClinoStar 的低剪切力旋转培养环境（<14 mPa）为这类复杂多细胞结构的形成和维持提供了理想条件。
论文信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 标题 | Human assembloids recapitulate periportal liver tissue in vitro |
| 期刊 | Nature |
| 发表日期 | 2026年2月12日（在线 2025年12月17日） |
| DOI | 10.1038/s41586-025-09884-1 |
| 第一作者 | Lei Yuan, Sagarika Dawka, Yohan Kim, Anke Liebert（共同一作） |
| 通讯作者 | Meritxell Huch（马克斯·普朗克研究所） |
| 合作机构 | 德国 MPI-CBG · 德累斯顿工业大学 · 莱比锡大学 · 汉阳大学 · NCT/UCC 等 |
| 供体数量 | 28位（11-85岁，30% 女性） |
| 冷冻保存 | 5个供体使用冷冻肝细胞成功生成 |
| Open Access | ✅ CC BY 4.0 |
联系人｜李东伟
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