駱清銘院士和龔輝教授帶領(lǐng)MOST團(tuán)隊(duì)發(fā)明的顯微光學(xué)切片斷層成像系列技術(shù)（MOST/fMOST）作為介觀尺度最精準(zhǔn)的三維完整器官成像技術(shù)，已在神經(jīng)機(jī)制、腦疾病、心腦血管疾病以及藥理毒理等科學(xué)前沿領(lǐng)域研究中發(fā)揮重要作用，并帶動(dòng)了相關(guān)標(biāo)記技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和解析技術(shù)的發(fā)展。

肝臟承擔(dān)著制造化學(xué)物質(zhì)、解毒等多種關(guān)鍵功能，其復(fù)雜的分層分段結(jié)構(gòu)與這些功能緊密相關(guān)。在小鼠體內(nèi)，肝臟分為尾狀葉、左葉、右葉和中葉，肝小葉作為基本功能單位，呈近似六邊形，中央靜脈位于中心，門(mén)靜脈在各交點(diǎn)處，肝動(dòng)脈和膽管伴隨門(mén)靜脈分布。目前常用多種小鼠模型來(lái)研究肝臟的急性和慢性病理過(guò)程以及評(píng)估新治療方法的有效性，其中四氯化碳（CCl4）常被用于誘導(dǎo)肝損傷，引發(fā)肝硬化、纖維化和壞死。

早在2021年2月，上海藥物所團(tuán)隊(duì)就利用MOST成像技術(shù)和全器官尼氏染色法，已展示出區(qū)分細(xì)胞、血管等不同結(jié)構(gòu)的能力。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)旨在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)小鼠肝臟多種結(jié)構(gòu)的同時(shí)可視化，推動(dòng)肝臟病理研究從2D向3D視角轉(zhuǎn)變。

近日，臨港實(shí)驗(yàn)室殷憲振/上海藥物所高召兵/張小川團(tuán)隊(duì)在Advanced Science上發(fā)表了題為“Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis”的研究性論文。本研究利用MOST系統(tǒng)結(jié)合肝臟尼氏染色技術(shù)，構(gòu)建高精度全肝圖譜及肝纖維化的跨尺度3D病理模型。研究發(fā)現(xiàn)肝纖維化時(shí)，肝臟多結(jié)構(gòu)出現(xiàn)區(qū)域特異性變化，如中央靜脈直徑減小、長(zhǎng)度密度增加，肝竇受損，肝細(xì)胞脂肪變性且其程度與距中央靜脈距離相關(guān)。這一成果為肝臟疾病病理研究提供新視角與方法，有助于深入理解肝纖維化機(jī)制，為肝臟疾病診療及藥物研發(fā)提供理論依據(jù)。

文章題目：Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis

發(fā)表時(shí)間：2025年3月24日

發(fā)表期刊：Advanced Science

研究團(tuán)隊(duì)：臨港實(shí)驗(yàn)室殷憲振/上海藥物所高召兵/張小川團(tuán)隊(duì)

1全肝圖譜：肝臟的“高清地圖”

研究人員以2個(gè)月大的雄性C57BL/6小鼠為研究對(duì)象，利用MOST系統(tǒng)，以0.35μm×0.35μm×2μm的超高分辨率，獲取了全肝數(shù)據(jù)集。從這些數(shù)據(jù)重建的全肝圖譜，就像一份高清地圖，清晰呈現(xiàn)出小鼠肝臟的四個(gè)主要肝葉（中葉、左葉、右葉和尾狀葉）以及膽囊和內(nèi)部血管結(jié)構(gòu)。無(wú)論是從腹側(cè)還是背側(cè)觀察，各肝葉的形態(tài)、位置以及內(nèi)部血管的分布都一目了然。這一成果為后續(xù)研究肝臟的正常結(jié)構(gòu)和功能，以及病變狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)改變，提供了重要的基礎(chǔ)參考。

2病理數(shù)據(jù)集：肝臟纖維化的“證據(jù)庫(kù)”

為了探究肝臟纖維化的病理變化，研究人員構(gòu)建了CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型，并與正常小鼠進(jìn)行對(duì)比。從宏觀上看，CCl4處理組小鼠肝臟表面變得粗糙，出現(xiàn)顆粒狀和不均勻的結(jié)節(jié)，這是肝臟纖維化的典型特征。同時(shí)，血清中的丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）水平大幅上升，分別增加了約7倍和約4倍，表明肝臟功能受到嚴(yán)重?fù)p害。在組織學(xué)層面，通過(guò)尼氏染色、H&E染色和Masson三色染色，研究人員發(fā)現(xiàn)CCl4處理組肝臟出現(xiàn)了肝細(xì)胞脂肪變性、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和大量膠原沉積等病理變化。值得一提的是，尼氏染色不僅能清晰顯示這些病理改變，還能提供與傳統(tǒng)H&E染色相媲美的信息，為研究肝臟病理提供了一種新的有效手段。

3左肝葉結(jié)構(gòu)變化：纖維化的“微觀線索”

考慮到各肝葉病理特征相似，為減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，研究人員聚焦于左肝葉進(jìn)行深入研究。通過(guò)對(duì)左肝葉的高精度重建和分析，發(fā)現(xiàn)CCl4處理組肝臟表面結(jié)節(jié)突出，血管分布也發(fā)生了顯著變化。具體來(lái)說(shuō)，中央靜脈的長(zhǎng)度密度明顯增加，平均直徑顯著減小，而門(mén)靜脈的形態(tài)參數(shù)則沒(méi)有明顯改變。這些變化暗示了由于肝竇毛細(xì)血管化導(dǎo)致的小血管增多，為理解肝臟纖維化過(guò)程中的血管重塑機(jī)制提供了重要線索。

4肝竇和細(xì)胞損傷：區(qū)域特異性的“病變模式”

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CCl4處理組的肝竇損傷具有明顯的區(qū)域特異性，主要集中在中央靜脈周?chē)母]狀隙，而門(mén)靜脈周?chē)母]狀隙相對(duì)正常。在顯微鏡下可以看到，中央靜脈周?chē)母胃]變得稀疏、不連續(xù)，被脂肪變性的肝細(xì)胞占據(jù)。同時(shí)，肝細(xì)胞的分布也出現(xiàn)異常，中央靜脈周?chē)母渭?xì)胞變得稀疏，且伴有大量較小的炎癥細(xì)胞。定量分析顯示，CCl4處理組肝竇的平均直徑和體積分?jǐn)?shù)顯著下降，而長(zhǎng)度密度和段數(shù)顯著增加，這些變化進(jìn)一步證實(shí)了肝竇在肝臟纖維化過(guò)程中的嚴(yán)重?fù)p傷。

5脂肪變性肝細(xì)胞分析：纖維化程度的“指示標(biāo)”

最后，研究人員利用深度學(xué)習(xí)模型，對(duì)脂肪變性的肝細(xì)胞進(jìn)行了自動(dòng)分割和3D可視化。結(jié)果顯示，脂肪變性的肝細(xì)胞主要圍繞在中央靜脈周?chē)?，?yán)重破壞了中央靜脈周?chē)母]狀隙。對(duì)全肝各葉脂肪變性區(qū)域的定量分析發(fā)現(xiàn)，除中葉外，其他各葉脂肪變性區(qū)域的體積百分比幾乎相同，且脂肪變性程度與距離中央靜脈的距離呈正相關(guān)，與血管直徑無(wú)關(guān)。這表明中央靜脈周?chē)母渭?xì)胞更容易受到損傷，且這種損傷程度在不同肝葉之間具有一致性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)脂肪變性區(qū)域的比例可能在一定程度上反映肝臟纖維化的程度，為評(píng)估肝臟纖維化進(jìn)展提供了新的指標(biāo)。

綜上所述，該研究結(jié)合MOST系統(tǒng)和肝臟尼氏染色技術(shù)，構(gòu)建出首份高精度全小鼠肝臟圖譜，能清晰呈現(xiàn)肝臟各葉及內(nèi)部血管結(jié)構(gòu)。通過(guò)構(gòu)建CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型，詳細(xì)分析病理變化。發(fā)現(xiàn)肝纖維化時(shí)，肝臟表面出現(xiàn)結(jié)節(jié)，中央靜脈、肝竇等結(jié)構(gòu)改變，中央靜脈直徑減小、長(zhǎng)度密度增加，肝竇受損且主要集中在中央靜脈周?chē)?。利用深度學(xué)習(xí)模型分析脂肪變性肝細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其分布與中央靜脈密切相關(guān)，且各肝葉脂肪變性區(qū)域體積百分比相近。該研究從3D視角揭示肝纖維化病理特征，為肝臟疾病研究提供新方法和理論依據(jù)，有助于推動(dòng)肝臟疾病的診斷和治療發(fā)展。

亮點(diǎn)：本研究利用MOST成像和Nissl染色方法，構(gòu)建了首份高精度全小鼠肝臟圖譜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)小鼠肝臟的可視化和分析，并構(gòu)建了肝纖維化小鼠左肝葉的詳細(xì)3D病理圖譜。與其他成像技術(shù)相比，MOST技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，無(wú)需額外圖像配準(zhǔn)，能在完整肝臟中以亞微米分辨率同時(shí)可視化多種結(jié)構(gòu)。

[1]Zhang, Xiaochuan et al. “Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis.” Advanced science. 24 Mar. 2025