近日，本实验室张智红教授团队在国际期刊Theranostics 上发表题为“Mesoscale visualization of three-dimensional microvascular architecture and immunocyte distribution in intact mouse liver lobes”的研究论文。该研究通过发展一种快速且荧光保持良好的肝脏光透明方法，结合共聚焦成像及光片照明成像技术，在介观尺度上获取了完整肝叶三维血管及免疫细胞分布信息。
图 1. Theranostics文章封面
肝脏是体内最重要的代谢和解毒器官，难治性疾病发病率高，这与其独特的解剖结构、复杂的血管网络和免疫耐受状态密切相关。在肝炎、肝纤维化和肝转移等大多数肝脏疾病中，都会发生肝脏中血管的变化和免疫环境的失衡。因此，要想保护肝脏，需要先充分认识肝脏，需要在大体积范围内清楚地看见肝脏的精细血管结构和免疫细胞空间排布。从毫米级别的主脉管到微米级别的肝血窦，肝脏具有复杂的脉管系统。在不同尺度下对肝脏微循环的3D结构进行系统性的准确定量分析，对于理解其功能、血管建模、血液动力学以及在各种肝脏病理学中的作用具有重要意义。同时，肝脏也是一个免疫器官。树突状细胞(DC)和巨噬细胞策略性地排布于肝脏中，发挥着独特的免疫防御和免疫调节功能。在完整肝叶范围内以单细胞分辨水平揭示DC/巨噬细胞的排列规律，有助于更好地理解免疫细胞在肝脏生理学和病理学中的功能及其异质性。
为了更好地在介观尺度下理解肝小叶的形态及免疫细胞的排布与血管系统之间的关联，张智红教授团队发展了一种荧光保持良好的快速肝脏透明化方法，命名为Liver-CUBIC。基于该方法，研究者们定量分析了完整肝叶内微循环结构和树突状细胞(DC)/巨噬细胞的三维分布。研究结果表明，小鼠肝脏内大多数肝小叶（肝脏基本结构和功能单元）呈扁椭球形，这种结构特征在肝叶内部更为显著。在完整肝小叶结构单元中，肝血窦排列密集，环状结构复杂，呈现分散的蜂窝状网络结构。肝纤维化使得肝小叶从以中央静脉为中心转变为以门静脉为中心的肝小叶样结构。肝纤维化不仅可导致肝血窦密度增加，还可改变肝血窦排列，增加肝血窦分支和环状结构。
通过对完整肝叶的脉管与免疫细胞的同步三维荧光成像，研究者们还发现CD11c+ DC在肝小叶中的分布符合对数正态分布，在稳态时位于肝小叶边界（肝脏的门静脉区域）的细胞较为密集。而在CCl4诱导的慢性肝损伤模型中，肝纤维化形成促进小叶边缘CD11c+ DC重排，大量的CD11c+ DC聚集分布在门静脉肝小叶的边缘，即靠近肝脏中央静脉的区域。
肝脏是一个肿瘤转移高发的器官，在完整肝叶范围内可视化研究早期肿瘤转移灶与免疫细胞分布之间的关系，有助于理解肿瘤细胞定植于肝脏的空间位置特点及分子机制。通过基于liver-CUBIC的完整肝叶内肿瘤-免疫细胞-血管的多色介观成像，研究者实现了完整肝叶内早期结直肠癌肿瘤微转移灶的检测与统计，量化分析了早期结直肠癌肝转移灶中CX3CR1+CCR2+F4/80+巨噬细胞的聚集与肿瘤微小转移灶生长之间的相关性。研究发现，结直肠癌细胞通过分泌CCL2来动员CX3CR1+CCR2+F4/80+巨噬细胞聚集在肝脏微转移灶周围。使用抑制剂阻断CCL2诱导的巨噬细胞聚集，可抑制肝转移瘤的早期定植。使用CCL2基因敲除的结直肠癌细胞，肝脏肿瘤转移灶的生长明显受限。
综上所述，该研究通过liver-CUBIC透明化成像，实现了对完整肝叶肝血窦网络和DC/巨噬细胞排布的研究，为理解肝脏微循环和肝脏免疫特征提供了研究手段和新知识。
图 2.文章概要图。liver-CUBIC对完整肝叶中树突状细胞/巨噬细胞的精细血管结构和空间分布进行成像。通过发展liver-CUBIC透明化方法，实现对完整肝叶内精细脉管结构与免疫细胞分布的三维成像。通过对肝脏的循环系统以及肝小叶结构进行分割与量化，进一步对比分析了疾病状态下肝血窦结构和免疫细胞分布的变化特性。进而，探究了肿瘤肝转移早期免疫细胞与肿瘤之间相互作用的机制。
该研究得到国家重点研究发展计划(2017YFA0700403)、国家杰出青年科学基金（81625012）、中央高校基础研究基金(2019kfyXMBZ022)和WNLO创新基金的支持。华中科技大学武汉光电国家研究中心张智红教授和海南大学骆清铭院士为文章的共同通讯作者，课题组成员博士后刘征，研究生徐梦丽、黄松林为文章的共同第一作者，研究生潘奇、刘冲、曾凡新、范展、鲁亚芳、王佳璐、刘金鑫，李鑫琳共同参与了相关工作。
原文链接：https://www.thno.org/v12p5418.htm
