芯空一号快讯 | 空间转录组助力揭示老年肝脏缺血再灌注损伤的炎症机制
题目：Crosstalk between liver sinusoidal endothelial cells and hepatocytes via IL- 1α–IL1R1 axis exacerbates ischaemia/reperfusion injury in aged livers
期刊：Gut
影响因子：24.6
DOI：10.1136/gutjnl-2025-335964
01 研究背景
随着人口老龄化，老年患者接受肝脏手术（肝切除、肝移植）的比例显著增加。而随着年龄增长，肝脏的再生和应激适应能力会逐渐下降，因此老年患者在肝脏手术和肝移植过程中往往更容易发生缺血/再灌注损伤（hepatic ischaemia-reperfusion injury，HIRI）。
过去对于这一问题的研究，更多关注肝细胞本身的损伤以及氧化应激、炎症反应等过程。但一个值得关注的问题是：老年肝脏中的炎症信号究竟来自哪里？又是哪些细胞在推动这一过程？
肝脏并不是只有肝细胞组成，肝窦内皮细胞（liver sinusoidal endothelial cells，LSECs）、肝星状细胞以及各种免疫细胞共同构成了复杂的肝脏微环境。随着年龄增长，这些细胞可能发生不同程度的衰老，并进一步影响周围细胞的状态。
基于这一问题，本研究通过整合单细胞转录组与空间转录组技术，对年轻和老年肝脏中的细胞状态及细胞间通讯进行了系统分析。研究发现，衰老LSEC是老年肝脏中重要的IL-1α来源，并能够通过一条由MEIS2和IL-1α介导的炎症信号环路，推动肝细胞炎症和缺血/再灌注损伤。
02 实验设计与技术手段
本研究首先整合大鼠、人和小鼠的单细胞转录组数据，对年轻和老年肝脏中的不同细胞群进行比较，分析各类细胞的衰老特征及年龄相关的细胞间通讯变化。
在空间层面，研究进一步采用10x Genomics Visium HD空间转录组技术，将单细胞分析中发现的关键细胞群重新放回肝脏组织原位，从空间层面观察衰老相关细胞及炎症信号的组织分布，并结合细胞间通讯分析进一步寻找潜在的细胞互作关系。
在此基础上，研究结合多种体外实验以及HIRI和原位肝移植（OLT）动物模型，对关键分子进行功能验证，并通过人类肝移植样本进一步验证相关发现。
03 主要发现
1、老年肝脏的衰老主要集中于非实质细胞
研究首先对年轻和老年肝脏中的不同细胞群进行分析。结果发现，老年肝脏中的细胞衰老并不是均匀发生的，其中内皮细胞、肝星状细胞以及髓系细胞表现出更明显的衰老特征，而肝细胞自身的衰老程度相对较低。
有意思的是，虽然老年肝细胞本身并没有表现出很强的衰老特征，却出现了明显的炎症激活。进一步的细胞间通讯分析发现，老年肝脏中内皮细胞与肝细胞之间的通讯增强，其中IL-1相关信号尤为突出。
这提示，老年肝脏中的炎症状态可能并不只是肝细胞自身变化造成的，而与周围衰老细胞释放的信号密切相关。
肝脏衰老的细胞特异性模式
2、空间转录组揭示衰老LSEC与炎症肝细胞之间的空间联系
在发现内皮细胞具有明显衰老特征后，研究进一步对内皮细胞进行细分，发现肝窦内皮细胞（LSEC）是IL-1α的重要来源，而其中衰老LSEC的Il1a表达尤其突出。进一步分析发现，LSEC可以由正常状态逐渐向过渡状态，再向衰老状态变化，而随着这一过程推进，其炎症相关特征不断增强。
空间转录组进一步回答了一个关键问题：这些细胞在组织中究竟位于哪里？
结果显示，老年肝脏中的p16⁺IL-1α⁺ LSEC明显增加，并与IL1R1⁺肝细胞形成空间邻近关系。也就是说，产生IL-1α的衰老LSEC与能够接受这一信号的肝细胞，并不是随机分布在组织中，而是处于可以发生细胞间通讯的空间环境。
衰老LSECs通过IL-1α与肝细胞形成空间联系
3、MEIS2调控IL-1α形成持续放大的炎症正反馈
明确衰老LSEC是重要的IL-1α来源后，研究进一步寻找调控IL1A表达的关键因子。结果发现，MEIS2在衰老LSEC中的活性明显增强。进一步通过MEIS2敲低、过表达、双荧光素酶报告实验以及ChIP-qPCR等实验，研究证明MEIS2能够直接参与IL1A的转录调控。
但研究并没有停留在“MEIS2促进IL-1α表达”这一层面。进一步分析发现，老年肝细胞产生的TNF-α可以反过来作用于LSEC，促进MEIS2活性及其核定位，并进一步增加IL-1α表达，形成了一个持续放大的炎症环路：TNF-α → MEIS2 → IL-1α → IL1R1 → NF-κB → TNF-α
也就是说，衰老LSEC释放的IL-1α会促进肝细胞炎症，而肝细胞产生的TNF-α又会反过来刺激LSEC产生更多IL-1α。
TNF-α–MEIS2–IL-1α促炎正反馈环路
4、阻断IL-1α减轻老年肝脏损伤
为了验证这一机制是否真正参与HIRI，研究进一步开展了体外和动物实验。结果发现，阻断IL-1α或干预LSEC中的Meis2/Il1a，均能够减轻老年肝脏的缺血/再灌注损伤；而在人类肝移植样本中，IL-1α⁺ LSEC数量也与肝损伤程度相关。
进一步在原位肝移植动物模型中进行验证后发现，抗IL-1α干预能够改善老年供肝的再灌注损伤。
这些结果提示，衰老LSEC来源的IL-1α可能是连接肝脏衰老与HIRI的重要环节，而靶向这一信号轴也具有潜在的治疗价值。
抗IL-1α抗体改善老年供肝移植损伤
总结
本研究通过整合单细胞转录组、10x Visium HD空间转录组以及多层次功能实验，揭示了老年肝脏中一种由细胞衰老驱动的炎症调控机制。
研究发现，老年肝脏中的衰老并不是主要发生在肝细胞本身，而是集中于包括LSEC在内的多种非实质细胞。其中，衰老LSEC能够产生大量IL-1α，并作用于邻近的IL1R1⁺肝细胞，激活NF-κB并促进TNF-α产生。而肝细胞产生的TNF-α又会反过来增强LSEC中的MEIS2活性，促进更多IL-1α产生，最终形成 TNF-α–MEIS2–IL-1α 炎症正反馈环路，使老年肝脏更容易在缺血/再灌注过程中出现持续的炎症损伤。
从空间组学的角度来看，这项研究的价值并不仅仅是发现了哪些基因发生变化，更重要的是进一步回答了这些变化发生在哪些细胞、位于组织的什么位置，以及不同细胞之间是否存在空间上的联系。Visium HD将单细胞层面发现的关键细胞和分子信号重新放回组织原位，为理解衰老LSEC与肝细胞之间的相互作用提供了空间层面的证据。
