类型b

作者与发表信息 本文是一篇综述文章，发表于 *nature reviews gastroenterology & hepatology*（《自然综述：胃肠病学与肝病学》），其DOI为10.1038/s41575-025-01116-1。文章的第一作者为Aleksandra Sljukic、Joshua Green Jenkinson和Armin Niksic，他们对此文有同等贡献。通讯作者为Nicole Prior（来自南安普顿大学，邮箱：n.r.j.prior@soton.ac.uk）和Meritxell Huch（来自马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所及系统生物学中心，邮箱：huch@mpi-cbg.de）。该文全面回顾了肝脏和胰腺类器官（organoids）技术的发展历程、当前应用及未来挑战。

综述核心主题与主要观点

本文的核心主题是系统阐述肝脏和胰腺类器官技术的最新进展，包括其构建策略、应用领域及未来发展方向。文章围绕以下几个主要观点展开：

主要观点一：类器官技术为肝脏和胰腺研究提供了强大的体外模型系统，其细胞来源具有多样性，各有优劣。

文章首先定义了类器官，将其与传统的三维球体培养和切片培养区分开，强调其自我更新、自组织（self-organization）并重现来源组织功能的核心特征。文章的关键点之一是，肝脏和胰腺是少数几个既能从多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs），也能从组织驻留细胞（tissue-resident cells）成功建立类器官的器官。作者分两部分详细阐述了这两种来源： 1. 多能干细胞来源：包括胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）。其优势在于可以无限扩增，克服了原代组织来源有限的难题，并能通过逐步分化，模拟从内胚层到器官特异性细胞的体内发育过程。例如，Takebe等人在2013年的开创性工作证明了人iPSCs可在间充质干细胞和内皮细胞辅助下，自组织成肝芽（liver bud）并移植到小鼠体内。在胰腺方面，多个研究组在2014-2015年间成功将人iPSCs高效重编程为具有葡萄糖刺激性胰岛素分泌功能的β细胞。然而，PSC来源的类器官面临的主要挑战是成熟度不足，其分化终产物常保留不成熟的组织标记物，与体内成熟的对应细胞存在功能差异。 2. 组织驻留细胞来源：包括胚胎或成体干细胞、祖细胞和已分化的细胞。该方法的突破在于挑战了Hayflick极限，证明了成体组织细胞可以在体外长期扩增并保持遗传稳定性。文章分别从胚胎和成体组织两个方面进行论述： * 胚胎组织来源：Hu等人在2018年从人胎肝建立了可长期扩增的肝细胞类器官（hepatocyte organoids），再现了微绒毛和胆小管（bile canaliculi）结构。Lgr5+ 的胚胎肝母细胞（hepatoblasts）能在体外分化为导管类器官（ductal organoids）或肝细胞类器官。在胰腺方面，2024年的一项研究在人类胎儿中鉴定出LGR5+的三能祖细胞，可在体外长期扩增并形成包含导管、腺泡（acinar）和内分泌谱系的类器官。这类模型的优点是细胞已定向分化，无需经历完整的重编程过程，是研究早期器官发生和分化的绝佳模型，但其表型同样偏于幼稚。 * 成体组织来源：这是文章重点阐述的内容。Huch等人在2013年和2015年先后建立了小鼠和人健康肝脏的成体组织来源类器官。特别是肝细胞，因其在体外极难培养，故其类器官的建立是一个重大进展。2018年，Peng和Hu等人的两个独立研究，通过在小鼠和人肝细胞的三维培养中加入TNFα或R-spondin等损伤相关刺激因子，成功实现了肝细胞的体外扩增。2025年的最新研究更是通过优化培养条件，使人肝细胞类器官形成了功能性的胆小管网络。在胰腺方面，Huch等人在2013年遵循类似的思路，通过激活Wnt信号通路，首次从小鼠成体导管细胞中建立了可长期自我更新的胰腺类器官。他们的团队在2020年进一步优化了培养条件，采用成分明确的、可修饰的生物仿生水凝胶（biomimetic hydrogel）替代传统的基质胶，使得人胰腺类器官能够长期扩增并保持遗传稳定性。一个非常重要的发现是，尽管成体胰腺导管上皮细胞在体外主要形成导管类器官，但它们在移植到体内后或通过特定的微环境调控，能展现出强大的可塑性，分化为内分泌细胞，这为理解胰腺再生和糖尿病治疗提供了新视角。

主要观点二：肝脏和胰腺类器官在疾病建模与转化研究中已展现巨大潜力，尤其是在单基因遗传病和肿瘤研究方面。

文章提供了大量案例来支撑此观点。在肝脏疾病建模方面： * 单基因遗传病：Huch等人在2015年构建的首批患者来源肝脏类器官就成功模拟了α1-抗胰蛋白酶缺乏症（α1-antitrypsin deficiency）和Alagille综合征的关键病理表型，如错误折叠蛋白聚集和胆管细胞凋亡。后续研究也利用患者特异性iPSC来源的类器官模拟了糖原贮积症Ia型（GSD1a）的脂质和糖原累积特征。 * 肝脏脂肪变性（Steatosis）：为应对代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的日益流行，多个研究组利用类器官进行了探索。例如，通过CRISPR基因编辑技术在肝细胞类器官中敲除RNF43/ZNRF3或导入PNPLA3风险变异，成功诱发了脂质累积表型，并以此进行了药物筛选，发现了ACC、FAS等潜在靶点的抑制剂。 * 胆汁淤积症（Cholestasis）：文章指出，只有当肝细胞类器官的微观结构（如胆小管网络）达到生理性精确度，才能有效模拟疾病。2025年的一项研究利用具有精确胆小管网络的小鼠肝细胞类器官，完美再现了Mdr2基因缺陷导致的胆汁淤积症特征。另一研究则利用胆管细胞类器官揭示了胆道闭锁（biliary atresia）患者的细胞存在去极化、屏障功能受损等表型，并可通过信号通路调控得到逆转。 * 肿瘤与感染病：2017年起，多个团队成功建立了来自肝细胞癌（HCC）、胆管癌（cholangiocarcinoma）等不同亚型肝癌的类器官生物样本库（biobank）。这些肿瘤类器官保留了原发肿瘤的突变谱和基因表达特征，并被用于药物敏感性测试，证实了患者对索拉非尼（sorafenib）等药物的反应具有个体差异性。此外，肝脏导管类器官还被用于研究乙型肝炎病毒（HBV）和新冠病毒（SARS-CoV-2）的感染机制，发现病毒可直接感染并损伤胆管上皮。

在胰腺疾病建模方面，重点集中在： * 胰腺癌：尤其针对预后极差的胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）。2015年，研究者们成功地从手术切除和细针穿刺活检样本中建立了PDAC类器官，并再现了从癌前病变到侵袭性癌的进展过程。利用类器官，研究人员揭示了不同致癌突变（如KRAS和GNAS）对特定细胞谱系（导管与腺泡）的转化效应。更深入的机制研究，如Seino等人的工作，将PDAC类器官根据其对Wnt信号的依赖性划分为不同亚型，并揭示了肿瘤微环境（如癌相关成纤维细胞）如何支持特定亚型的生长，以及转录因子GATA6在获得Wnt独立性中的作用。另一项2024年的研究利用分支状胰腺类器官，揭示了PDAC的上皮-间质可塑性如何影响肿瘤内异质性和对传统治疗的适应性。 * 囊性纤维化（Cystic Fibrosis, CF）：由CFTR基因突变引起的CF严重影响胰腺。研究人员利用PSC来源的胰腺类器官和猪CF模型来源的导管类器官，成功重建了CFTR功能障碍导致的离子转运缺陷和对毛喉素（forskolin）诱导的肿胀反应丧失等表型。 * 内分泌疾病：在糖尿病研究领域，多个高效的体外定向分化方案已被开发，可以将PSCs分化为功能性的胰岛β细胞，移植后可逆转糖尿病小鼠的高血糖。一项2023年的临床试验更是实现了突破，将化学诱导的iPSC来源胰岛移植给1型糖尿病患者，术后75天使患者恢复了胰岛素独立性。文章还提到了利用类器官研究新冠病毒感染内分泌胰腺、通过CRISPR基因编辑纠正Wolfram综合征致病基因、以及利用胃干细胞分化为胰岛样类器官等前沿应用。

主要观点三：当前类器官技术存在标准化、结构精确性和细胞复杂性等方面的局限，未来需向更高级的体外模型迭代。

文章最后一部分系统性地提出了该领域的挑战和未来方向： 1. 标准化（Standardization）：面对众多方案，作者呼吁借鉴二维细胞培养的成功经验，推动培养方案和标准操作流程的统一。2023年，国际干细胞研究学会（ISSCR）发布了关于类器官培养、鉴定和保藏的指南，这是提高研究严谨性和可重复性的重要一步。 2. 提升结构精度以增强生理相关性：文章强调，仅仅表达正确的基因和蛋白标记物是不够的，必须再现生理性的组织结构。例如，只有重建了直径狭窄、相互联通的胆小管网络，才能模拟胆汁淤积症；同样，控制胰腺类器官的管腔形态（囊状或分支状）对于研究细胞增殖、组织压和渗透性之间的平衡至关重要。 3. 推进多谱系复杂性（Multilineage Complexity）：类器官通常是仅包含上皮的简化模型，缺乏基质、免疫和内皮等微环境细胞。未来的方向是构建更复杂的共培养（Co-culture）系统。例如，共培养肝脏窦内皮细胞（liver sinusoidal endothelial cells）或成纤维细胞已被证明能增强肝细胞类器官的代谢分区功能，提高移植存活率。研究者正致力于在培养系统中引入内皮和间质成分，以更贴近体内生理和病理过程。 4. 向成分明确的基质转变：逐步摒弃成分不明确、批次差异大的鼠源基质胶（Matrigel），转向使用化学成分明确、可工程化的水凝胶，以提高实验的可控性和可重复性。

总结与展望 本篇综述全面总结了肝脏和胰腺类器官技术在过去十多年间的飞跃式发展。其价值在于，它不仅系统地梳理了从PSC和成体组织等多种来源建立类器官的技术路线及其优缺点，还通过大量案例，深入剖析了这些模型如何在单基因遗传病、代谢性疾病、感染病和肿瘤研究中得到创造性应用，填补了传统二维细胞培养和动物模型之间的鸿沟。尤为重要的是，文章并未停留在对成就的总结，而是深刻指出了当前技术在成熟度、结构仿生性和微环境模拟上的瓶颈，并明确提出了标准化、结构优化和共培养体系作为下一代类器官发展的核心方向。这为领域内的研究者勾勒出了一幅清晰的、从“可以培养”到“精确模拟”再到“多系统互作”的技术演进蓝图，指明了未来的研究重心和转化路径。