构建3D人类肝脏

Hay实验室使用人多能干细胞生成行为与人类器官非常相似的3D肝脏组织。这些球状肝脏模型包含多种相互作用的细胞类型，并表现出关键的肝脏功能，包括药物代谢和解毒。该平台为模拟诸如代谢功能障碍相关脂肪性肝病（Metabolic Dysfunction–Associated Steatotic Liver Disease，MASLD）等疾病开辟了新的可能性，该疾病此前被称为非酒精性脂肪性肝病（Nonalcoholic Fatty Liver Disease，NAFLD）。MASLD的标志是肝细胞中甘油三酯的积聚，在严重情况下，可进展为炎症、纤维化和肝硬化。

为了模拟在肝脏中的MASLD，Hay博士的实验室将其3D肝脏组织暴露于乳酸、丙酮酸和辛酸的组合中，以诱导大泡性脂肪变性。这种处理会诱导类似于早期MASLD所见的脂肪积聚，同时伴有与炎症和纤维化相关的基因表达变化。虽然以前依赖油红O染色或其他传统方法来评估脂质水平，但Promega开发的检测方法提供了一种新颖、灵敏的方法来测量特定的脂质和代谢物水平，而无需有机溶剂或复杂的成像。

由此产生的3D模型和检测方法组合提供了一个动态系统，用于研究环境或生物因素如何影响脂质过程，以及重要的是，这些因素在男性和女性之间有何不同。

激素校正代谢基因表达

在最近发表的文章中，Hay实验室探索了性激素如何影响MASLD的发展，并试图梳理性别特异性异质性是否源于性激素信号传导（Kasarinaite等人，2025）。作者在诱导脂肪变性之前，用17β-雌二醇处理女性来源的球状体，用睾酮处理男性来源的球状体，并测量这些激素对MASLD发展的影响。

为了验证代谢物暴露后的脂肪变性诱导，使用了代谢物检测试剂盒（Promega）来测量细胞内和细胞外的3-羟基丁酸酯（BHB-Glo™（酮体）检测系统）、异柠檬酸盐（Metabolite-Glo™检测系统）和丙酮酸盐（Pyruvate-Glo™检测系统）的水平。这些代谢物水平检测结果使用CellTiter-Fluor™细胞活力检测试剂盒的结果进行标准化。处理导致细胞内3-羟基丁酸酯和丙酮酸盐显著增加，同时培养基中的3-羟基丁酸酯、异柠檬酸盐和丙酮酸盐也增加。这些代谢物的增加与Hay博士实验室先前进行的工作一致，表明在诱导大泡性脂肪变性时，存在对丙酮酸盐以及丙酮酸盐可转化成的代谢物的偏好（Sinton等人，2021）。

随后，使用转录组分析测量了基因表达变化，并与MASLD的临床数据库进行了基准比较。在女性来源的肝脏球状体中，用E2预处理将转录组特征从严重的疾病特征（MASLD疾病的F4阶段）转向更健康的状态。在男性来源的组织中，睾酮赋予了类似的保护作用，但不如E2预处理的女性球状体内所见的效果明显。这些结果表明，激素处理影响了基因活性，并且通过恢复代谢平衡，可以潜在地逆转由代谢应激诱导的疾病样基因表达模式。

迈向更具预测性的肝脏模型

这些发现凸显了在疾病模型中纳入性别作为生物学变量的重要性。Hay实验室的系统展示了激素调节如何在分子和细胞水平上影响代谢健康，强调了在科学研究中持续区分个性化治疗中性别差异的必要性。

除了MASLD研究，他们的3D肝脏组织平台还可以支持药物发现和再生医学，为测试治疗性化合物或探索肝脏再生提供可再生的人类肝脏组织来源。

"更大的目标是试图通过在培养皿中模拟人类疾病来寻找治疗疾病的新药，并生成可移植的肝脏组织，用于临床帮助肝功能衰竭的患者。" –——David Hay博士

想了解更多Hay博士及其学生关于这项工作的分享？观看完整的案例研究访谈：

https://promega.widen.net/s/hfhdxbzrsp/university-of-edinburgh-case-study

参考文献：

1. Kasarinaite, A., et al (2025). Hormone correction of dysfunctional metabolic gene expression in stem cell-derived liver tissue. Stem Cell Research and Therapy , 16(1). https://doi.org/10.1186/s13287-025-04238-0

2. Sinton, M. C., et al (2021). A human pluripotent stem cell model for the analysis of metabolic dysfunction in hepatic steatosis. IScience, 24(1). https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101931

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