非酒精性脂肪性肝病（Non-Alcoholic Fatty Liver Disease，NAFLD）是一种肝脏脂肪堆积导致组织损伤的疾病。NAFLD可发展为非酒精性脂肪性肝炎（NASH），这是一种侵袭性的脂肪肝病，预计将在20年内成为肝脏相关发病率和死亡率的主要原因，并在未来几年内成为肝移植最常见的适应症。尽管它在一般人群中的患病率很高，为3-5%，并且可能危及生命，目前尚无经批准的NASH治疗方法。因此加深对其潜在致病和病理机制的理解对于开发新的治疗方法至关重要。

来自瑞典卡罗琳斯卡医学院Myriam Aouadi和Ping Chen研究团队于2023年7月在《Nature Metabolism》（IF=20.8）杂志上发表题为“Human resident liver myeloid cells protect against metabolic stress in obesity”的研究文章，揭示了特定的肝脏驻留髓细胞（Resident Liver Myeloid Cells）可防止与肥胖相关的代谢损伤，可能是减少与NAFLD相关的氧化应激的治疗新靶点。

 

 

研究方法

单细胞多组学技术联用，包括流式细胞分析、单细胞测序和PhenoCycler（原CODEX）单细胞空间蛋白组分析。

 

研究摘要

尽管已经在人肝脏中描述了多个巨噬细胞群体，但它们在发生NAFLD和肝硬化的高风险肥胖患者中的功能和周转目前尚不清楚。

本文通过研究接受肝移植的个体中肝内髓细胞的周转，揭示了在人和小鼠之间的差异。使用单细胞测序技术和流式细胞术鉴定了保护性肝驻留髓细胞群，其中肝髓细胞群2（LM2）在肥胖时降低。PhenoCycler单细胞空间蛋白组分析显示了肝脏常驻髓细胞亚群的空间分布特征及组织结构特点。进一步功能验证方法表明，LM2的存在可改善与肥胖条件相关的氧化应激。

 

研究结果

1. NAFLD发展过程中人肝脏髓系细胞的表征

为了表征肥胖相关NAFLD早期发展过程中的肝脏髓细胞的异质性和可塑性，研究人员从较瘦个体（体重指数（BMI）≤25）和肥胖个体（BMI > 35）的肝脏中分离非实质细胞（NPC），并使用抗体组合对NPC进行单细胞分选，以记录单个细胞的细胞表面蛋白的表达，然后进行scRNA-seq分析，最终鉴定出9种细胞群体，包括：髓细胞、常规树突状细胞 （cDC）、肥大细胞、B 细胞、T 细胞、自然杀伤 （NK） 细胞、自然杀伤 T （NKT） 细胞、内皮细胞和增殖细胞。

对髓细胞亚群的进一步分析显示，在较瘦个体和肥胖个体中都存在四个转录不同的CD68+肝髓细胞亚群（LM1-LM4）。其中LM2细胞（LM2-C1）代表共同表达巨噬细胞和树突状细胞（DC）标志物的独特髓细胞亚群。

 

 

研究人员进一步通过流式细胞术分析了人肝脏中每个巨噬细胞亚群的比例，因为scRNA-seq并不总是反映组织内细胞类型的真实比例。由于肝脏组织也高度血管化，还分析了灌注和非灌注肝脏的细胞比例，以便能够区分肝脏驻留细胞和循环单核细胞。流式细胞术分析证实，灌注和非灌注肝脏中均存在所有四种LM细胞群。

 

2. 人肝脏髓细胞（LM）大多来源于单核细胞

为了研究人LM细胞的起源和周转，研究人员分析了接受肝移植的个体中循环单核细胞对肝髓细胞的补充。在将供体肝脏移植到受体之前和移植后6小时收集肝活检。还收集了来自外植肝脏的血液样本和肝活检，通过对供体特异性人白细胞抗原（HLA）类型的细胞进行染色，可以将肝细胞区分为供体来源或受体来源。

分析供肝中供体和受体髓细胞的组成，发现移植后6小时髓细胞明显浸润，肝脏中68%的髓细胞来自受体，大多数已浸润并填充肝脏的受体来源髓细胞是LM4细胞。从移植后的长期肝脏样本中获得的数据与本研究中的scRNA-seq分析相结合仍然表明，成年人体中的大多数LM细胞是单核细胞来源的巨噬细胞。

 

 

接下来，研究人员使用PhenoCycler单细胞空间蛋白质组学评估肝脏中巨噬细胞的组织分布。有趣的是，该分析发现了一小群募集的髓细胞（CD68+S100A9+），定位于较瘦个体的门静脉周围区域。

 

通过空间分析进一步解析肝细胞沿定义的线性轴的空间组织结构：

（1）对较瘦个体的空间分析证实了门静脉附近血管细胞的组成增加，并揭示了募集的LM细胞的比例分布均匀，或者更靠近门静脉（由PanCK+胆道细胞和SMA+门静脉血管细胞确定)。相比之下，门静脉附近的LM细胞（CD68+CD163+）数量减少。

（2）在肥胖个体中，在离门静脉最远的区域观察到募集的LM细胞数量略有增加，可能对应于中央周围区域（围绕中央静脉）。这些特定的定位先前在小鼠和人类中与浸润性单核细胞分化为巨噬细胞（表示为过渡性单核细胞）有关。尽管如此，无论是瘦或肥胖个体，无论常驻或募集的髓细胞，大多数肝髓细胞（HLA-DR+CD68+）都定位于门静脉和中央静脉之间的区域。

 

 

3. 肥胖症中常驻LM细胞的周转率

为了了解人类LM细胞群体在肥胖和代谢疾病发展中的作用，研究人员比较了较瘦个体和肥胖个体的转录组谱，显示LM细胞炎症状态不会受到肥胖的显着影响。相比之下，常驻的LM2细胞表现出参与“解毒”和“抗氧化反应”途径的基因的上调表达。肥胖和NAFLD中LM2细胞比例的降低可能是其分化改变的结果， 而不是其招募、死亡或传播。

 

 

考虑到肥胖期间LM2中抗氧化基因表达的意外上调，作者进一步研究了它们在代谢性肝病进展中的作用。通过人肝3D球状体培养物的体外模型证实常驻LM2细胞在维持肝脏微环境中还原氧化（氧化还原）平衡以防止肥胖相关的氧化应激方面的重要性。

 

研究意义

该研究通过联合单细胞测序、流式细胞分析和PhenoCycler单细胞原位空间蛋白组技术全面阐述了肥胖个体的肝脏髓细胞（LM）异质性，揭示了人肝髓细胞的起源和周转特点，这对小鼠NASH模型免疫学数据的解释具有相当大的意义。总之，该研究强调了一种新的细胞生物机制，表明常驻LM细胞在肥胖相关代谢疾病的早期阶段减轻氧化应激负担的重要作用，并为开发新的治疗靶点提供了依据。

参考文献

1. Barreby, E., Strunz, B., Nock, S. et al. Human resident liver myeloid cells protect against metabolic stress in obesity. Nat Metab 5, 1188–1203 (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00834-7

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