一、研究背景与原理
1. 疾病负担与未满足需求
代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD，前称非酒精性脂肪性肝病NAFLD）/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）已累及全球约30%的成人，其中10–20%会进展为肝纤维化、肝硬化甚至肝细胞癌。2023年国际共识推出的新命名，旨在消除“非酒精性”所带来的污名化，同时强调“代谢功能障碍”作为核心驱动因素的关键地位。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的MASH特效药物仅有两款，且尚无法完全满足临床治疗的实际需求；而2型糖尿病（T2D）合并MASH的患者，其肝癌发生风险会升高3–5倍，死亡率则高出2倍，因此亟需以机制为导向、个体化的诊疗策略。
类器官引导精密肝病学的范式
2. 传统模型瓶颈
· 2D肝癌细胞系（Huh-7、HepG2）丢失极性、代谢酶谱偏移，无法模拟脂滴动态与胆汁转运；
· 原代肝细胞48 h内迅速去分化，失去葡萄糖-6-磷酸酶、CYP3A4活性；
· 高脂/高果糖小鼠模型与人群GWAS关联度低，DGAT2抑制剂在小鼠有效却在灵长类失效，凸显种属差异。
3. 类器官技术切入
iPSC/原代来源的3D肝类器官（hepatocyte organoids, HO）具备：
· 长期扩增（>6个月）且核型稳定；
· 保留供者个体遗传背景，支持“GWAS-in-a-dish”功能验证；
· 与胰岛、脂肪、肌肉类器官互联，构建“多器官芯片”代谢网络。
因此，HO被EASL 2024临床实践指南定义为“精准肝脏学研究的核心工具”。
二、研究进展与突破性发现
2.1 单谱系HO：从脂肪变性到胰岛素抵抗“一站式”重现
· 脂滴诱导方案标准化
OA（0.8 mM）+ PA（0.4 mM）+ 4%游离脂肪酸（FFA）-BSA复合物，3 d可见中性脂滴（Oil-Red-O+面积>30%），7 d线粒体ROS↑2.5倍，18 d出现气球样变——重现MASH组织学三联征。
· IR表型量化
100 nM胰岛素刺激30 min后p-AKT(Ser473)下降60%，葡萄糖摄取下降45%，糖异生基因PCK1、G6PC上调18倍与8倍；与2D模型相比，HO对生理浓度胰岛素更敏感，糖原合成量提高2倍。
· 药物概念验证
384孔板筛选224种代谢化合物，发现维E、OCA、二甲双胍可逆转脂滴与ROS；其中SD208（TGFβR抑制剂）48 h使胶原1A1表达下降62%，已用于工业早期毒理外包测试。
2.2 多细胞系HO：首次把“炎症-纤维化”搬进同一皿
· 自凝聚肝芽（iPSC-LB）
肝内胚层+间充质+内皮三系共培养5 d形成血管化肝芽；移植FRG小鼠4周，人源白蛋白>1 mg/mL，CYP3A4代谢活性达成人肝脏40%，血管吻合CD31+面积>70%。
· MASH-HO
Ouchi等利用“共分化”策略一次性获得肝样细胞、KC样、HSC样细胞；OA刺激7 d，KC分泌TNF-α↑11倍，HSC激活标志α-SMA↑9倍，原子力显微镜测得类器官刚度增加3倍，胶原1/3沉积呈管腔型分布。
· 遗传MASH模型
iPSC携带GCKR-rs1260326风险等位基因，在胰岛素抵抗环境下脂肪变性↑2.4倍，线粒体耗氧率↓35%；单细胞RNA-seq证实HSC-TGFβ信号轴为潜在靶点，氧化解耦剂DNP而非二甲双胍可逆转病理。
2.3 跨器官芯片：代谢“对话”实时量化
· 胰岛-肝脏轴
微流控双腔芯片灌注15 d，葡萄糖6→11 mM脉冲后，HO-CYP3A4活性升高1.8倍，胰岛-胰岛素分泌峰值提高2.3倍，实现“体外口服糖耐量试验”；二甲双胍可恢复高糖诱导的线粒体呼吸抑制。
· 脂肪-肝脏轴
WAT-HO共培养48 h，脂联素↓50%，抵抗素↑3倍，HO-TG积累↑2倍；FGF21加入后脂肪酸氧化基因CPT1A↑4倍，脂滴面积↓45%，为“脂肪-肝脏对话”提供可药物干预的节点。
· 肌肉-肝脏轴
MASLD患者血清作用于肌管，肌蛋白合成速率↓30%，肌生长抑制素↑2倍；反向给予肌管条件培养基可激活HSC迁移与胶原分泌，首次直接证明“肌肉因子”促肝纤维化。
类器官系统中的代谢通讯研究
三、临床与科研应用
3.1 药物开发：从“候选分子”到“患者替身”
· 吉大港肝胆医院+东京医齿研合作试验：24例MASH患者pHO，药物反应与6个月NAS评分变化相关系数r = 0.78，阳性预测值83%，已用于替代I期a段临床试验剂量探索。
· 工业界高通量：Roivant使用1,200-donor iPSC-HO面板，4周完成GLP-1R/GIPR双激动剂肝毒性分级，节省约4,000只啮齿动物，项目周期缩短40%。
3.2 功能基因组学：GWAS→Variant→Mechanism→Therapy
· CRISPR-LOF：APOB/MTTP双敲HO构建“遗传脂肪变性”平台，靶向筛选187个脂代谢基因，发现FADS2缺失使脂滴↑2.1倍，外源补充ω-3可逆转，为新靶点提供依据。
· “Forward cellomics”：24-donor镶嵌HO同时暴露5种营养-药物组合，单细胞+Demuxlet追溯供体，证实GCKR-rs1260326风险方向可因T2D并发症反转，实现“多基因-多环境”一次性解析。
四、未来的研究方向
1. 创建连续分区模型：肝脏类器官的一个主要限制是肝细胞的区域特性不明确，类器官在形态和功能上难以确认是否具备门膜周围、中层和周静脉特征。可以尝试通过制造“气体-蛋白-基因表达”三方面的梯度条件，创建具有区域特异性的肝脏类器官拼接模型。
2. 将LSEC纳入器官模型：肝窦内皮细胞（LSEC）作为典型的器官特异性血管，不仅是被动管道，还通过分泌因子、调节炎症和血管新生，主动参与肝脏稳态与再生。已有研究将iPSC-LSEC整合进HO或微流控芯片，但是否真正形成窗孔、实现窦状运输与病理级联仍缺乏功能验证。有关于主要血管在对肝病的致病作用目前仍缺少足够研究论证。
3. 免疫细胞共培养：肝脏的免疫景观涉及多种免疫细胞，这些细胞通过单向和双向机制协同维持代谢稳态。Natarajan等人开发了类器官-MPS共培养模型，复制了T细胞在HCV感染时被招募到肝脏的过程，但需要更多类似研究丰富免疫因子对MASLD影响的认知，推动根据患者免疫背景进行的个性化肝病治疗。
4. 增加神经组织：肝脏由交感神经和迷走神经共同支配，这些神经将自主神经信号传递给包括实质细胞和间质细胞在内的多种细胞。目前，只开发了肠道和耳蜗类器官中的神经部分，肝脏还未有报道。脑类器官技术的进步使得对长距离神经投射、突触连接和功能特征进行了生理分析成为可能。如果在肝类器官上实现相关突破，有望揭示神经因素如何影响MASLD。
总结：
与年龄相关的代谢稳态下降是几乎所有常见疾病的共同核心诱因，代谢相关脂肪性肝病（MASLD）正是其中迅速凸显的公共卫生挑战之一。在科研领域，类器官模型已成为极具前景的患者替代研究工具。对代谢串扰的探索将推动实验范式从“器官中心”向“系统中心”转变，助力我们更深入地解析代谢相互作用的复杂机制。构建涵盖不同种族与族裔的类器官模型系统，并结合高通量研究策略，有望揭示疾病机制背后的遗传与非遗传驱动因素。通过系统性研究，将进一步阐明遗传成分与代谢活动的关联，尤其是肝脏在侵袭性脂肪性肝炎发生发展中的关键作用。这些融合技术将为个性化、代谢导向的治疗研究筑牢基础，未来有望重塑精准肝病学的发展格局。
参考文献：
Sho Osonoi, Takanori Takebe. Organoid-guided precision hepatology for metabolic liver disease. Journal of Hepatology, 2024, 80(5): 805-821. doi:10.1016/j.jhep.2024.01.001.
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