藥物性肝損傷(Drug-induced liver injury, DILI)是最常見(jiàn)的嚴(yán)重藥物不良反應(yīng)，也是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致急性肝衰竭的首要原因。近年來(lái)，由于中藥、抗生素、抗腫瘤藥物的廣泛使用，我國(guó)DILI疾病負(fù)擔(dān)嚴(yán)重。解熱鎮(zhèn)痛藥——對(duì)乙酰氨基酚(acetaminophen, APAP)所引起的肝損傷(APAP-induced liver injury, AILI)是DILI的一種常見(jiàn)類(lèi)型，嚴(yán)重者需進(jìn)行肝移植、甚至死亡。N-乙酰半胱氨酸是目前臨床上唯一批準(zhǔn)用于APAP過(guò)量的藥物，然而其使用嚴(yán)重受限于治療時(shí)間窗，凸顯了在臨床實(shí)踐中開(kāi)發(fā)替代或更有效治療選擇的迫切需求，因此深入探究AILI進(jìn)展核心機(jī)制、尋找其他潛在藥物干預(yù)靶點(diǎn)具有重要的臨床意義。

線粒體損傷、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)是AILI進(jìn)展的核心機(jī)制。N-乙酰半胱氨酸通過(guò)緩解氧化應(yīng)激反應(yīng)減輕肝損傷，但新近研究數(shù)據(jù)顯示，調(diào)控“肝細(xì)胞外”免疫炎癥反應(yīng)可顯著增加N-乙酰半胱氨酸的治療獲益。以往的AILI研究側(cè)重探討“肝細(xì)胞內(nèi)”的損傷機(jī)制，而對(duì)肝臟炎癥微環(huán)境中的細(xì)胞互作知之甚少，而這可能是AILI進(jìn)展至急性肝衰竭的關(guān)鍵因素，因此，對(duì)AILI微環(huán)境進(jìn)行全面且高分辨率的細(xì)胞表征可能有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物干預(yù)靶點(diǎn)。

2月14日，同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科主任楊長(zhǎng)青教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊Advanced Science（中科院一區(qū)Top，IF 15.1）以Research Article形式在線發(fā)表了題為“Myeloid-Mas Signaling Modulates Pathogenic Crosstalk among MYC+CD63+ Endothelial Cells, MMP12+ Macrophages and Monocytes in Acetaminophen-Induced Liver Injury”的論文，首次對(duì)進(jìn)展期AILI的免疫代謝微環(huán)境進(jìn)行了單細(xì)胞層面的多維度解析，揭示了髓系Mas信號(hào)調(diào)控微環(huán)境中細(xì)胞間互作的關(guān)鍵分子機(jī)制，顯著拓展了對(duì)AILI進(jìn)展的理解，為未來(lái)發(fā)現(xiàn)新型藥物干預(yù)靶點(diǎn)提供了方向。

Mas是由原癌基因Mas1編碼的G蛋白偶聯(lián)受體，其天然配體為血管緊張素(1-7)，后者是“抗炎型”腎素-血管緊張素系統(tǒng)的重要效應(yīng)分子，激活Mas已被證明具有改善脂質(zhì)代謝紊亂、抗炎、抗氧化等多重有益效應(yīng)。楊長(zhǎng)青團(tuán)隊(duì)前期在國(guó)際上首次以超高時(shí)空分辨率實(shí)現(xiàn)肝損傷進(jìn)程中哺乳動(dòng)物活體肝臟內(nèi)連續(xù)數(shù)小時(shí)的毫秒級(jí)高速持續(xù)觀測(cè)，深度揭示了Mas信號(hào)在肝損傷進(jìn)程中的關(guān)鍵地位及核心機(jī)制，為藥物干預(yù)新靶點(diǎn)的開(kāi)發(fā)提供了重要的數(shù)據(jù)支持 (Chen et al. J Hepatol. 2023)。由于Mas在組織內(nèi)廣泛表達(dá)，探究不同細(xì)胞的Mas信號(hào)在AILI進(jìn)程中的作用，對(duì)未來(lái)的新藥開(kāi)發(fā)具有重要意義。楊長(zhǎng)青團(tuán)隊(duì)的最新研究通過(guò)采用多種前沿技術(shù)和方法，包括單細(xì)胞RNA測(cè)序（Single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（Spatial transcriptomics, ST）、多重?zé)晒饷庖呓M化（Multiplex immunohistochemistry, mIHC）及活體成像，對(duì)Mas1基因敲除小鼠中AILI的免疫代謝景觀進(jìn)行了高分辨率細(xì)胞層面的表征。

研究方法示意

隨后通過(guò)構(gòu)建多種細(xì)胞特異性Mas1基因敲除小鼠(LysMcreMas1f/f, AlbcreMas1f/f, Cdh5creMas1f/f, LratcreMas1f/f and Cd4creMas1f/f)及使用單細(xì)胞多組學(xué)分析，進(jìn)一步確定了髓系Mas信號(hào)在驅(qū)動(dòng)AILI進(jìn)展中的重要作用。

髓系Mas是驅(qū)動(dòng)“病理性”AILI微環(huán)境形成的關(guān)鍵因素

ScRNA-seq和ST是革命性的技術(shù)，促進(jìn)了對(duì)復(fù)雜微環(huán)境中細(xì)胞組成、生理學(xué)以及細(xì)胞間相互作用的研究。然而，細(xì)胞功能和行為構(gòu)成了一個(gè)精妙的微觀世界，其中細(xì)胞和細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng)、可塑性、相互作用和遷移持續(xù)高速變化，超越了ScRNA-seq、ST及傳統(tǒng)顯微鏡的適用范圍。例如，小鼠免疫細(xì)胞的數(shù)量及運(yùn)動(dòng)在損傷后隨時(shí)間顯著變化，對(duì)靜態(tài)樣本的分析可能無(wú)法完美揭示隱藏在時(shí)間維度中的生物學(xué)奧秘。DAOSLIMIT (Digital Adaptive Optics Scanning Lightfield Mutual Iterative Tomography)是由清華大學(xué)自動(dòng)化系歷經(jīng)三年攻關(guān)研制的新型掃描光場(chǎng)顯微鏡，將以毫秒級(jí)活體三維連續(xù)觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)從數(shù)分鐘提高到小時(shí)級(jí)，活體成像時(shí)空分辨率提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)，光毒性降低三個(gè)數(shù)量級(jí)，為揭示哺乳動(dòng)物活體多細(xì)胞、多細(xì)胞器間的相互作用提供了全新路徑（Wu et al. Cell. 2021）。通過(guò)將ScRNA-seq和ST與DAOSLIMIT相結(jié)合，滿足了對(duì)體內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、高速三維亞細(xì)胞觀測(cè)的需求。在該研究中，利用這一框架在活體小鼠的肝臟中觀測(cè)到CD63+內(nèi)皮細(xì)胞和Ly6C+單核細(xì)胞之間存在持續(xù)互作，為隨后對(duì)微環(huán)境進(jìn)行深入研究提供了重要基礎(chǔ)。值得注意的是，由內(nèi)皮細(xì)胞亞群、巨噬細(xì)胞亞群和單核細(xì)胞組成的特征性微環(huán)境也通過(guò)DAOSLIMIT活體亞細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程動(dòng)態(tài)成像技術(shù)在小鼠活體肝臟內(nèi)進(jìn)行直接觀測(cè)。

視頻A截圖：活體小鼠肝臟中觀測(cè)到CD63+內(nèi)皮細(xì)胞與Ly6C+單核細(xì)胞之間存在持續(xù)互作；視頻B截圖：DAOSLIMIT觀測(cè)活體小鼠肝內(nèi)由內(nèi)皮細(xì)胞亞群，庫(kù)普弗細(xì)胞和單核細(xì)胞組成的特征性微環(huán)境

此外，AILI小鼠模型中所發(fā)現(xiàn)的，由髓系Mas信號(hào)所驅(qū)動(dòng)的、獨(dú)特的免疫代謝微環(huán)境，在DILI相關(guān)急性肝衰竭患者的肝臟樣本中得到完美映射。應(yīng)用k-means算法進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)，通過(guò)微環(huán)境特征識(shí)別晚期DILI的概率為83.33%。

k-means算法進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)，通過(guò)微環(huán)境特征識(shí)別晚期DILI的概率為83.33%

該研究為針對(duì)AILI的靶向治療策略提供了新的見(jiàn)解，未來(lái)治療策略應(yīng)該基于特定的細(xì)胞類(lèi)型和關(guān)鍵代謝途徑。同時(shí)，通過(guò)將單細(xì)胞測(cè)序、空間轉(zhuǎn)錄組和DAOSLIMIT活體亞細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程動(dòng)態(tài)成像技術(shù)結(jié)合，這一研究為復(fù)雜病理生理微環(huán)境下哺乳動(dòng)物多細(xì)胞間互作提供了一個(gè)全新的研究范式，有力證實(shí)了小鼠活體原位觀測(cè)免疫細(xì)胞行為是揭示復(fù)雜免疫過(guò)程和了解疾病發(fā)病機(jī)制的有效方法。

研究機(jī)制圖

同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生陳帥、清華大學(xué)自動(dòng)化系博士后盧志、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生趙宇棟和同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院夏璐醫(yī)師為該論文的共同第一作者，楊長(zhǎng)青、中山大學(xué)附屬第七醫(yī)院王菲教授和同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科李婧副教授為共同通訊作者。同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院為論文的第一及通訊作者單位。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（No.818201008006, U22A20275）、上海市衛(wèi)生健康委員會(huì)“展兩翼”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（No. SHSLCZDZK06801）及上海市科委自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索類(lèi)項(xiàng)目（No.21ZR1481600）等的支持。

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