4.1　肝脏的结构与功能

肝小叶是肝脏的基本结构与功能单元，由肝细胞板组成，以门静脉、肝动脉和胆管组成的三联管为界，中央静脉为中心［1（］图4-1）。肝小叶的结构在脊椎动物物种进化上是保守的［2］。

图4-1　肝小叶的结构与细胞组成

肝小叶由实质细胞和非实质细胞组成。实质细胞主要是肝细胞，非实质细胞包括胆管细胞、肝窦内皮细胞（liver sinusoidal endothelial cell，LSEC）、肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）和库普弗（Kupffer）细胞等（图4-1）。肝细胞是肝脏中主要的功能细胞，沿着肝窦从中央静脉辐射到门静脉呈索状排列。同时，肝细胞是高度极性的上皮细胞，其血窦面和胆小管面有发达的微绒毛，细胞连接面有紧密连接、桥粒和缝隙连接，肝细胞的极性对肝脏的代谢、分泌和解毒等功能有重要意义。此外，研究表明肝细胞的功能具有区域性特点，不同区域的肝细胞的功能以及其与其他类型的细胞的互作都存在差异［3］。

胆管细胞形成胆管系统，与肝细胞形成的胆小管相连，起到收集肝细胞分泌的胆汁并将胆汁排出肝脏的作用。肝细胞分泌的胆汁经由胆小管以血液相反方向汇入胆管，并经过胆管从肝脏排出。胆管细胞也是极性上皮细胞，具有顶端（管腔）和基底外侧区域。它们的腔表面膜含有微绒毛和一个初级纤毛，是机械、渗透和化学压力的传感器［4］。胆管细胞具有重要的免疫调节作用，是对抗胆道微生物、异种生物和外来抗原的第一道防线［5］。在肝脏损伤时，胆管细胞还可以转变为肝细胞，参与肝脏修复［6］。(https://www.daowen.com)

肝母细胞是肝细胞和胆管细胞的祖细胞，在胚胎发育早期（人胚胎3～4周或小鼠胚胎E8.5-E9.0），部分内胚层细胞在多种转录因子（如FOXA1/2、GATA4/6、H HEX和HNF1A/1B）作用下特化形成肝祖细胞［7］，在心脏中胚层和横隔间充质（septum transversum mesenchyme，STM）的信号诱导下，肝祖细胞增殖并侵入周围的隔膜，转变为假复层柱状上皮，开始表达与肝脏代谢相关的基因，形成肝脏柱状上皮，最终分化形成肝细胞和胆管细胞［8-10］。

肝脏发育过程中受多种信号的调控，其中关键的信号包括TGF-β、Wnt、FGF、Notch和BMP信号。这些信号通过调控包括内胚层形成（Nodal、TGF-β家族成员）、肝祖细胞的特化和扩增（FGF、Wnt、BMP）、肝细胞形成和成熟（TGF-β、Notch、Wnt、BMP、FGF）等关键步骤，保证了肝脏的正常发育［7］。此外，细胞间的相互作用对于肝脏正常发育也是必不可少的，间充质细胞（来自STM）和内皮细胞不仅对胚胎内胚层细胞发育成肝细胞的过程起到重要的调控作用，而且还对后续胆管形成和肝细胞极化过程有重要影响［7］。

肝脏的另一个基本特征是其具有独特的血管系统。肝脏具有两套血液供给系统，即肝动脉和肝门静脉，其中肝动脉供给富含氧气的血液，肝门静脉则运输富含来自胃肠道中多种营养物质和代谢产物的血液。肝门静脉与肝动脉均会把血液排到肝窦血管（肝脏特有的毛细血管）中，而后经过肝窦血管汇集到中央静脉。LSEC扁而薄，膜上有窗孔（fenestration）结构，外无基膜，利于物质交换［11］。LSEC高表达清道夫受体基因如LYVE1、FCGR2B、STAB2等和凝血因子F8［12］。这些特异的结构和功能使得LSEC在肝脏中发挥包括将血液中的代谢产物和药物通过清道夫受体和窗孔结构转运给肝细胞的关键功能［12］。窦腔内有定居的Kupffer细胞，可清除从胃肠进入门静脉的细菌、病毒和异物。肝窦内皮细胞与肝细胞间的腔隙称为窦周隙（space of Disse），是物质交换的场所，窦周隙内有HSC，能够产生肝脏细胞外基质，维持肝脏的正常功能与形态，HSC异常增多时可能会引起肝硬化等肝脏疾病。

肝脏具有强大的再生能力，肝脏再生包括细胞再生和肝脏结构的重建。目前大部分的研究主要集中在细胞再生上。肝细胞作为肝脏生理功能的主要效应细胞，是肝脏再生研究的重点。在稳态或者损伤条件下，正常肝细胞的自我扩增是肝脏再生的重要细胞来源［6］。成熟肝细胞具有可塑性，在慢性门静脉周围肝损伤中，肝细胞可通过去分化转变成肝祖细胞样细胞（liver progenitor-like cell，LPLC），后者同时表达肝细胞和胆管细胞标志基因。损伤停止后，LPLC可以分化为肝细胞和胆管细胞，以再生肝脏。惠利健团队发现肝细胞衍生的LPLC在体内能够产生近20%的新生肝细胞［13］。在肝细胞向LPLC转化的过程中，几种关键的信号包括Notch、Wnt和Hippo均起到对肝细胞去分化的调节作用［6］。除了关键的信号外，惠利健团队发现染色质可及性在肝细胞去分化中也起到重要作用。他们发现SWI/SNF染色质重塑复合体的关键成分ARID1A赋予了肝细胞对损伤诱导后的YAP信号做出反应的能力，促进肝细胞去分化［13］。

由于肝脏具有强大的再生能力以及细胞可塑性的发现及其调控机制的深入理解，惠利健以及其他多个团队在这些原理的指导下分别实现了原代肝细胞的体外扩增培养［3］。这一突破为肝脏类器官构建提供了新的细胞来源。除了肝细胞，胆管细胞也具有可塑性，在严重慢性肝脏损伤条件下可以转变为肝细胞，贡献到肝脏再生［6］。肝脏再生过程中的细胞与分子机制对于肝脏类器官的构建具有重要指导作用，同样，肝脏类器官也将为进一步研究肝脏再生的机制提供全新的模型。但是，目前大部分研究主要集中在肝脏再生过程中的细胞再生，而关于肝脏再生中肝脏结构是如何重建的还知之甚少。由于肝脏类器官能模拟组织的三维结构，这也将为研究肝脏结构再生提供一种新的模型。