导读

单细胞技术正迅速革新我们对肝脏疾病发生与修复机制的理解，尤其在解析细胞异质性、揭示病理动态等方面展现出前所未有的优势。近日，来自美国德克萨斯大学休斯敦健康科学中心Cynthia Ju教授和Yankai Wen博士在eGastroenterology发表了题为"New insights into liver injury and regeneration from single-cell transcriptomics"的综述文章，全面回顾了近年来单细胞转录组技术在急性肝损伤（acute liver injury, ALI）与肝再生研究中的应用进展与突破。本综述不仅总结了该技术在多种肝损伤模型中的应用成果，更揭示了多个此前尚未被发现的细胞亚群及修复机制，为肝病治疗打开了新的靶点窗口。

从宏观到微观：单细胞转录组技术打开肝损伤研究“显微镜”

传统的肝损伤研究依赖整体组织水平的分析方法，难以识别组织内部不同细胞群体的动态变化。而单细胞转录组技术打破了这一限制，可将肝脏组织分解至“单个细胞”的尺度，精确描绘每种细胞在损伤及修复过程中的基因表达图谱，揭示其独特功能和信号路径。

尤其是在以对乙酰氨基酚（acetaminophen, APAP）中毒为代表的急性肝损伤模型，以及以部分肝切除术后为代表的肝脏再生模型中，研究者借助单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）和空间转录组（spatial transcriptomics, ST）技术，首次可视化了肝细胞在不同区域和时间点的修复响应。该技术不仅揭示了多种“亚型”细胞的存在，还追踪了它们在肝脏修复过程中的行为轨迹。

技术亮点一：单细胞技术平台全面改进，推动肝脏研究多样化

单细胞转录组技术的发展主要分为两大类：基于完整细胞的scRNA-seq和基于细胞核的单细胞核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）。前者对新鲜组织的要求较高，更适合研究免疫细胞；后者对样本保存的要求更为宽松，特别适用于人类冷冻肝组织样本和稀有细胞检测。

小知识：scRNA-seq和snRNA-seq的联系与区别

联系：两种技术均以捕获单细胞水平的基因表达信息为目标，可揭示细胞类型、细胞状态、发育轨迹及功能异质性。核心流程包括单细胞/单核分离、mRNA捕获、反转录、扩增及测序等基本步骤。无论是scRNA-seq还是snRNA-seq，后续数据处理流程如归一化、降维（如PCA与UMAP）、聚类分析、差异表达分析以及伪时序分析等基本一致。

区别（见下表）：

目前主流的droplet微流控平台（如10x Chromium和MGI DNBelab）具备高通量和商业化优势。而platewell重力捕获技术（如BD Rhapsody和Singleron SCOPE-chip）更适合对脆弱细胞（如嗜酸性粒细胞）进行温和处理。此外，ST转录组技术也实现跃迁——10x Visium HD、Stereo-seq等新一代ST平台，分辨率已从百微米级提升至微米级，可实现真正意义上的“单细胞空间定位”。

技术亮点二：从组织到细胞——制备流程与细胞富集策略优化

scRNA-seq实验的首要步骤是组织消化。小鼠实验中可通过体内灌注法以完整获取肝实质细胞与非实质细胞，而在人体活检或局灶性损伤模型中，体外胶原酶消化法更为常用。本综述中强调了细胞富集手段的优化作用。流式细胞术（fluorescence-activated cell sorting, FACS）可高效纯化细胞群体，但存在压力大、转录组易受损等问题；磁珠分选（magnetic-activated cell sorting, MACS）虽纯度稍低，但对脆弱细胞更温和，适合下游转录组分析。

单细胞转录组技术深度揭示肝脏损伤修复机制

研究亮点一：首次发现“迁移型”肝细胞和“胎儿型”再生机制

传统观点认为，肝再生依赖成熟肝细胞的增殖。但在APAP中毒模型中，研究者通过scRNA-seq发现，坏死区域边缘可检测到两类特殊肝细胞：

• 胎儿型肝细胞（Afp⁺Cdh17⁺Spp1⁺）：具有类似间充质细胞的迁移特性，可启动蛋白合成与降解机制，为区域修复提供材料；

• Anxa2⁺迁移型肝细胞：首次在人类及小鼠肝损伤模型中被识别，并通过体内外实验证实，Anxa2是调控肝细胞迁移的关键因子，敲除该基因可显著延长伤口愈合周期。

这些发现提示，肝细胞在修复过程中具有“可塑性”，可逆转为胎儿发育状态，以适应损伤修复的需求。

研究亮点二：肝星状细胞的“多重身份”被揭示

肝星状细胞（hepatic stellate cells, HSCs）在肝纤维化中的致病作用早已明确。但本综述指出，HSCs在急性损伤中不仅通过表达Acta2等应激纤维基因发挥促损伤作用，还能在修复期表达Col1a1、Col1a2等细胞外基质重塑基因，支持肝细胞迁移和再生。

尤其是在部分肝切除模型中，HSCs是肝细胞生长因子的主要分泌来源，其表达高峰出现在术后24小时，提示其在肝再生中发挥核心驱动作用。

研究亮点三：肝血管内皮细胞是肝细胞修复的“信号源”

通过ST分析，研究者发现肝窦内皮细胞（liver sinusoid endothelial cells, LSECs）是Wnt2和Wnt9b等信号分子的主要来源，主导肝细胞分区及修复进程。例如，APAP损伤后第2天，Wnt2在肝中央血管内皮细胞中的表达显著上升，而Wnt9b集中表达于LSECs。这些信号的激活可能与剪切应力诱导的HB-EGF分泌相关，进而激活YAP1通路并促进修复。

研究亮点四：巨噬细胞的功能异质性与新靶点——Trem2⁺

肝巨噬细胞，包括库普弗细胞（Kupffer cells, KCs）和单核来源巨噬细胞（monocyte-derived macrophages, MoMFs），在损伤与修复中角色复杂。scRNA-seq揭示：

• Trem2⁺ MoMFs与修复性Ly6C^low巨噬细胞高度一致，表达吞噬与清除死亡细胞相关基因；

• Trem2缺失会导致修复延迟，提示其在损伤后的“垃圾清除”过程中不可或缺；

• 与之相比，Trem2⁺ KCs主要源自胚胎期KCs，尽管具有吞噬能力，但在肝修复中的作用较小。

这些研究为巨噬细胞“亚群靶向”治疗提供了理论基础。

面向未来：挑战与机遇并存

虽然单细胞技术在肝脏研究领域中取得了丰硕成果，但Ju教授团队也指出了几大亟待解决的问题：

• 细胞类型覆盖不均：粒细胞、淋巴细胞在肝损伤中的作用有待深入解析；

• 平台异构性：不同实验室的组织处理方式与测序平台差异较大，导致数据整合难度高；

• 多组学整合不足：目前数据主要限于转录层面，未来需进一步整合蛋白组、代谢组等单细胞层级信息；

• 人工智能赋能：AI在细胞类型注释中的潜力巨大，如scBERT、GPTCelltype等工具正逐步提高罕见细胞识别率。

结语：精准肝病治疗的新图谱已徐徐展开

随着单细胞转录组和空间组学技术的日益成熟，肝脏这一复杂器官的修复“密码”正逐步被破解。这些技术不仅深化了我们对ALI发病机制及肝脏修复动态的认知，也为临床制定更精准、更个体化的治疗策略提供了坚实基础。未来，单细胞“图谱”有望成为肝病治疗的新导航仪。

引证本文

Yankai Wen, Cynthia Ju - New insights into liver injury and regeneration from single-cell transcriptomics: eGastroenterology 2025;3:e100202.

https://doi.org/10.1136/egastro-2025-100202

Tags： eGastroenterology：肝损伤修复密码：单细胞技术为肝脏再生研究注入新动能