Nature：解锁肝脏再生密码：肝星状细胞与RSPO3的协同作用
肝星状细胞通过RSPO3控制肝脏的分区、大小和功能
2025年3月，哥伦比亚大学等单位的相关研究人员在《Nature》（IF：50.5）上发表了题为“Hepatic stellate cells control liver zonation, size and functions via R-spondin 3”的研究论文，提出肝星状细胞（HSCs）在健康和疾病状态中通过RSPO3对肝脏具有保护作用，为未来的临床治疗提供新思路。
亮点概述：
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HSCs的基因缺失改变肝细胞的WNT活性和分区，导致肝再生、细胞色素P450代谢和损伤的显著改变。
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一种HSC富集的WNT信号调节剂R-spondin 3 (RSPO3)负责HSC的肝细胞调节作用。
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在酒精和代谢功能障碍相关的脂肪变性肝病患者中，RSPO3表达随HSC激活而降低，并与预后呈负相关。
研究背景：
肝脏是碳水化合物、葡萄糖和蛋白质代谢以及内源性和外源性物质解毒的中心枢纽。由于肝脏的许多功能是生命所必需的，因此肝脏具有相当强的再生和修复能力。肝脏的新陈代谢功能由肝细胞以分区依赖的方式执行。肝细胞生活在一个支持其代谢功能的复杂生态位中：肝窦内皮细胞（ECs）促进代谢物从循环中流入或流出。胆管细胞可将肝细胞排泄的胆汁酸和代谢物运送到肠道。Kupffer细胞是抵御肠道细菌的保护性防火墙。HSCs最著名的功能是在健康状态下储存维A酸和在损伤后介导纤维生成。此外，HSCs的解剖位置、长突起和庞大的配体受体库使其容易与其他细胞（包括肝细胞）发生相互作用。然而，人们对HSCs在肝脏生态位中的功能仍知之甚少。
为了了解它们在健康肝脏中的功能，研究人员通过Lrat-cre和Cre诱导的白喉毒素受体（iDTR）来消耗HSCs。正如之前报道的那样，HSC缺失的肝脏更小，包含的肝细胞和Ccnd1 mRNA都更少（Ccnd1 mRNA是肝细胞增殖的一个有效驱动因素）。在70%肝部分切除（PHx）后，研究人员观察到HSC缺失小鼠的再生能力明显受损，肝体重比、Ki-67+和cyclin D1+肝细胞以及Mki67和Ccnd1 mRNA均显著降低。70% PHx 1h后消耗HSCs也会抑制肝脏再生。当给小鼠注射肝毒素CCl4或对乙酰氨基酚（APAP）（患者急性肝衰竭的主要原因）时，根据血清ALT和坏死面积测定，HSCs耗尽小鼠的肝损伤减少了近80%，存活率显著提高。与APAP和CCl4不同，主要以门静脉周围肝毒素烯丙醇为主的治疗可显著增加HSC缺失小鼠的肝损伤和死亡率。总之，数据表明HSCs是肝脏再生和损伤的有效调节因子，这是决定肝脏疾病发展和结局的两个基本过程，可能以区域依赖的方式。
进一步的区域特异性定量发现肝脏分区的明显变化，在HSC缺失的小鼠中，显示CYP2E1+CYP1A2+RGN+区从中央向中区缩减，CYP2F2+HAL+门脉周围区同时扩大，中央周围标记物谷氨酰胺合成酶（GS）和OAT没有改变或减少很少。在HSC缺失的小鼠中，肝脏中间区从表达成熟的3区标记物转变为表达1区标记物。70% PHx或组成型雄甾烷受体激动剂1,4-双[2-（3,5-二氯吡啶氧基）]苯（TCPOBOP）处理后肝细胞增殖的减少以及APAP、CCl4 或烯丙醇处理后细胞死亡的改变遵循类似的区域模式，在HSC 缺失小鼠中，最大的差异发生在区域中部。
HSCs调节肝脏的代谢分区和区域特异性损伤和增殖
接下来，研究人员试图确定HSCs调节肝细胞增殖、代谢和分区的介质。基因集富集分析（GSEA）证实，在eGFP诱导死亡T细胞（JEDI）和iDTR HSC缺失小鼠中WNT通路的显著变化。HSC缺失的肝脏显示肝细胞富集的WNT靶基因大幅减少，包括在Ctnnb1ΔHep肝脏中减少的前15个基因。RSPO3是WNT通路的一种强效正调节因子，是通过相应受体LGR4和LGR5介导HSC -肝细胞相互作用的十大HSC配体之一。为了进一步研究HSC来源的RSPO3在体内对肝细胞的调节作用，研究人员培育了HSC特异性缺失Rspo3的小鼠（Rspo3ΔHSC）。Rspo3ΔHSC小鼠表现出HSC缺失小鼠的主要变化，包括肝体重比降低，肝脏和肝细胞中WNT靶基因表达受到抑制，分区改变，CYP2E1+CYP1A2+RGN+2-3区浓缩，CYP2F2+HAL+1区同时扩大，但GS和OAT没有改变。
HSC来源的RSPO3调节肝细胞基因表达和肝分区
接下来，研究人员测试Rspo3ΔHSC小鼠在肝脏再生和损伤方面是否表现出与HSC缺失小鼠相似的变化。在70% PHx或TCPOBOP治疗后，Rspo3ΔHSC小鼠表现出较低的肝体重比，Ki-67+和cyclin D1+肝细胞和晚期代偿性过度增生显著减少。为了研究HSC衍生的RSPO3在毒素诱导的肝损伤中的潜在作用，给Rspo3ΔHSC小鼠注射APAP、CCl4或烯丙醇，与HSC缺失小鼠类似，Rspo3ΔHSC小鼠在亚致死或致死剂量的中心周围毒素APAP或CCl4处理后，血清ALT和肝坏死面积显著减少，存活率也有所提高。Rspo3ΔHSC小鼠在烯丙醇治疗后损伤和死亡率增加。Rspo3ΔHSC小鼠的增殖和肝损伤的改变在肝中区最为明显，而肝中区是肝细胞再生的关键。
通过对Rspo3ΔHSC、HSC缺失和Ctnnb1ΔHep肝脏转录组学数据进行代谢通路分析，发现多种代谢途径发生改变，包括胆汁酸代谢和异生物代谢、线粒体β氧化、肉碱穿梭和酰基CoA水解。与分区改变、易感性增加和线粒体β氧化的可能变化相一致，解吸电离（DESI）质谱（MS）成像显示，Rspo3ΔHSC小鼠中甘油三酯明显向中心周围聚集。代谢组学分析也显示Rspo3ΔHSC小鼠的胆汁酸水平显著增加，包括牛磺胆酸、牛磺鼠胆酸和牛磺鹅去氧胆酸。这些发现与β-catenin在肝胆汁酸代谢以及线粒体功能和能量平衡中的作用相吻合，在肝细胞中缺失β-catenin信号元件的小鼠和非肝组织中，这些作用与脂肪变性和肝损伤加重有关。
HSC来源的RSPO3调节肝细胞损伤、肝再生和脂肪变性
最后，研究人员确定RSPO3及其受体在临床相关背景下的调控。从毒性、胆汁性或代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）相关肝纤维化模型中分离的HSC中，RSPO3表达显著降低，在疾病晚期逐渐下降，同时RSPO3蛋白也减少。这种下降表明，在慢性肝病（CLD）的进展过程中，肝细胞功能的丧失和肝损伤的改变可能是一个适应不良的过程。相反，对纤维化消退期间HSC失活的分析显示，HSCs中Rspo3 mRNA水平恢复。在多组MASLD患者队列中，RSPO3 mRNA与WNT靶基因表达呈显著正相关。值得注意的是，人类snRNA-seq数据的相关性分析直接将HSCs中RSPO3表达与肝细胞中WNT靶基因CYP1A2和CYP2E1联系起来。大量RNA测序证实了酒精性肝病（ALD）患者体内RSPO3表达的降低及其与WNT靶基因的相关性。与MASLD和ALD小鼠模型中的功能数据一致，研究人员观察到RSPO3对患者具有保护作用，揭示了高RSPO3表达与MASLD患者死亡率、肝细胞癌（HCC）和肝脏相关事件减少有关，以及酒精相关性肝炎患者死亡率也呈下降趋势。
肝脏疾病中RSPO3的动态调控
综上所述，通过结合HSC消耗和候选基因的条件敲除来分析纤维化以外的HSCs功能，发现了HSCs的肝细胞调节功能，HSCs可通过RSPO3和WNT信号激活来控制肝脏分区、代谢、损伤和再生，为肝脏间充质生态位在健康和疾病中控制上皮细胞功能提供了证据。
