Adv Sci-IF14.1-上海中醫藥大學葛廣波/郭兆彬團隊：高仿生人源肝臟類器官用于保肝藥物的篩選與評價

肝臟作為人體的核心代謝器官，其功能的正常運轉依賴于內部精密的多脈管網絡結構。然而，現有肝臟類器官大多缺乏功能性血管和膽管結構，難以真實模擬人體肝臟的生理與病理過程，極大地限制了它們高保真度地復制天然人類肝臟多功能的能力，嚴重制約了其在基礎研究與轉化醫學中的應用。

2025年12月5日，上海中醫藥大學葛廣波/郭兆彬團隊在Adv Sci（IF=14.1）發表題為“Novel Vascularized Human Liver Organoids for Modeling Alcohol-Induced Liver Injury and Developing Hepatoprotective Therapy”的文章，成功構建了一種新型人源血管化肝臟類器官（3HLOs），該類器官不僅能精準模擬酒精性肝病發生發展過程中的關鍵分子事件與病理進程，還在保肝藥物的篩選與評價、以及終末期肝病的再生醫學治療方面表現出良好的應用潛力。

一、主要內容

作者通過在三維系統中將穩健的重編程人肝樣細胞（hrHLs）與與兩種必需的非實質細胞（人臍靜脈內皮細胞和人臍帶間充質干細胞）共培養，構建了新型血管化肝器官樣體。經過系統優化后，上述三種細胞成功自組裝形成了具有CD31?血管網絡和CK19?膽管樣結構的肝臟類器官。相較于傳統肝細胞類器官，該新型類器官不僅展現出更優異的白蛋白合成、糖原儲存、藥物轉運與代謝等肝臟核心功能，其血管網絡還能與體外芯片模型或宿主體內血管系統有效連接，實現功能性血液灌注。

為了提高生理相關性，作者開發了3HLOs-芯片平臺，用于模擬酒精性肝損傷的發病機制和測試潛在的肝保護劑。此外，還研究了3HLOs作為對抗酒精性肝損傷的再生療法的治療潛力及其潛在機制。

該模型準確模擬了酒精引發的氧化應激、線粒體功能障礙、肝細胞壞死及ALT/AST升高等典型肝臟病理特征，體外研究結果與體內觀察結果高度匹配，證實了3HLOs-芯片ALI模型具有高度的生理相關性。將3HLOs皮下植入終末期ALI小鼠體內，主要通過與宿主微血管建立功能性吻合，顯著減輕了肝損傷并促進了肝臟再生。多組學分析揭示，3HLOs將人類肝保護蛋白分泌到宿主循環系統中，從而調節炎癥反應和脂質代謝通路。

借助該模型，作者發現芹菜素、木蘭花堿等天然產物具有良好的保肝活性，其藥效與陽性對照藥物非諾貝特相當。進一步借助酒精性肝損傷小鼠模型，驗證了上述天然產物在動物整體水平的保肝作用，相關結果證實了3HLOs在保肝藥物篩選與評價中的可靠性。更為重要的是，團隊將3HLOs移植至終末期酒精性肝損傷小鼠體內后，其死亡率顯著下降（從約90%降至25%），同時肝臟脂肪變性、肝損傷相關血清學指標等也大幅改善。

該研究通過構建具備功能性血管網絡的新型人源肝臟類器官，不僅在類器官層面實現了人體肝臟的多種核心功能，還為高仿生肝臟疾病模型的構建、保肝藥物的精準評價以及終末期肝臟疾病的再生醫學治療提供了新技術和新方法。

二、主要結果

1、3HLOs具有多血管結構和增強的肝功能

作者通過共培養hrHLs、HUVECs和HUMSCs成功構建了血管化肝器官樣體（3HLOs），3HLOs形成了CD31?血管網絡和CK19?膽管樣結構，表現出更高的肝細胞成熟度。功能上，3HLOs在糖原儲存、ICG攝取、Rho-123排泄、白蛋白分泌等方面顯著優于無血管的rHLOs。轉錄組和代謝組分析顯示，3HLOs在藥物代謝、膽固醇代謝、膽汁分泌等通路顯著富集。

圖1 3HLOs的構建、功能表征及測序分析

2、3HLOs與微血管形成功能性吻合

在器官樣體-芯片模型中，3HLOs能夠與人工微血管形成結構性連接，3HLOs中的HUVECs向主通道遷移并包裹微血管，形成功能性吻合。灌注FITC-葡聚糖實驗顯示，3HLOs可實現快速灌注且無明顯滲漏，證明血管功能完整。相比之下，rHLOs和hSMOs無法形成有效吻合，甚至導致血管結構破壞。

圖2 使用器官樣體-芯片模型評估器官樣體與血管的吻合

3、3HLOs在體內形成功能性吻合和生物安全性評估

將3HLOs植入裸鼠皮下后，觀察到其與宿主血管形成功能性吻合。HE染色顯示3HLOs內有大量紅細胞填充，CD31?人血管網絡與小鼠血管共定位。定量分析顯示3HLOs內紅細胞數量和人CD31?面積分別是rHLOs的2.89倍和9.66倍。此外，生物安全性評估顯示，3HLOs和rHLOs均未引起宿主體重異常或器官損傷。血液生化指標和主要器官組織學檢查均未見明顯毒性。

圖3 3HLOs體內移植的功能性吻合形成與生物安全性評估

4、利用3HLOs和器官樣體-芯片模擬酒精性肝損傷

乙醇處理后的3HLOs出現ROS升高、線粒體膜電位下降、細胞死亡增加等典型酒精性肝損傷特征。ALT和AST水平顯著升高，驗證了損傷模型的可靠性。在器官樣體-芯片模型中，乙醇灌注還引起微血管屏障功能損傷。蛋白質組學分析顯示，乙醇暴露改變了3HLOs的分泌行為，尤其是細胞外基質和外泌體相關蛋白。

圖4 利用血管化3HLOs和器官樣體-芯片模型模擬酒精性肝損傷

5、3HLOs-芯片模型在肝保護劑評估中的體內一致性

使用3HLOs-芯片模型測試了三種肝保護劑：非諾貝特、芹菜素和木蘭花堿。所有藥物均能顯著降低ROS、改善線粒體功能、提高細胞存活率。木蘭花堿在抗氧化方面表現優于非諾貝特，芹菜素和木蘭花堿在提高細胞活力方面效果更佳。ALT/AST水平的降低進一步驗證了藥物的保護作用。

圖5 基于3HLOs-芯片的酒精性肝損傷模型用于評估肝保護劑

6、3HLOs植入減輕酒精性肝損傷小鼠的肝損傷

在酒精性肝損傷小鼠模型中，3HLOs植入顯著降低血清ALT/AST水平。肝臟組織學顯示，3HLOs組肝細胞損傷減輕、脂肪沉積減少、肝細胞增殖增加。人源Alb和AAT在3HLOs組小鼠血清中持續檢出，證明移植器官樣體功能活躍。

圖6 3HLOs植入可減輕酒精性肝損傷小鼠模型中的肝損傷并促進肝再生

7、3HLOs對抗酒精性肝損傷的機制探究

蛋白質組學分析顯示，3HLOs分泌多種肝保護蛋白（如A1AT、AACT）進入宿主循環。A1AT在蛋白互作網絡中處于核心位置，提示其在抗炎和肝保護中的關鍵作用。3HLOs激活FoxO信號通路，調節膽汁酸代謝和脂質代謝，抑制炎癥通路（如NF-κB）。轉錄組分析顯示，3HLOs在酒精暴露后炎癥因子（TNF、CCL2、CCL4）表達顯著低于rHLOs。

圖7 探究3HLOs對抗酒精性肝損傷的機制

三、總結

該研究通過構建具備功能性血管網絡的新型人源肝臟類器官，不僅在類器官層面實現了人體肝臟的多種核心功能，還為高仿生肝臟疾病模型的構建、保肝藥物的精準評價以及終末期肝臟疾病的再生醫學治療提供了新技術和新方法。這項工作為ALI建模、藥物測試和肝臟再生提供了一個穩健且可靠的平臺。

參考文獻

https://doi.org/10.1002/advs.202511169

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