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最近的分子研究已经阐明了参与肝损伤和再生的关键信号通路。从代谢重编程的角度来看，这些通路揭示了葡萄糖、脂质和氨基酸代谢的变化如何支持肝脏修复和再生所必需的细胞功能。对不同病理状态下再生差异的分析揭示了疾病状况对这些动态过程的影响，为开发增强肝脏修复和再生的新治疗策略和先进技术提供了指导。通过将实验室研究成果与实际应用相结合，近期的临床试验突出了优化肝脏再生策略的潜力。这些试验为新疗法的有效性提供了有价值的见解，并强调了转化研究的重大进展。总之，这篇综述将分子层面的见解与治疗前沿紧密联系起来，系统地描绘了从肝脏修复和再生的基本生理机制到创新临床应用的发展轨迹。
肝脏修复和再生是对肝损伤的关键生理反应，由复杂的细胞和分子网络协调。这篇综述系统地阐述了该领域的进展，强调了多种肝细胞类型所起的重要作用。在肝脏微环境中，这些细胞的复杂相互作用和协调行动对促进再生结果至关重要。最近的分子研究已经阐明了参与肝损伤和再生的关键信号通路。从代谢重编程的角度来看，这些通路揭示了葡萄糖、脂质和氨基酸代谢的变化如何支持肝脏修复和再生所必需的细胞功能。对不同病理状态下再生差异的分析揭示了疾病状况对这些动态过程的影响，为开发增强肝脏修复和再生的新治疗策略和先进技术提供了指导。通过将实验室研究成果与实际应用相结合，近期的临床试验突出了优化肝脏再生策略的潜力。这些试验为新疗法的有效性提供了有价值的见解，并强调了转化研究的重大进展。总之，这篇综述将分子层面的见解与治疗前沿紧密联系起来，系统地描绘了从肝脏修复和再生的基本生理机制到创新临床应用的发展轨迹。
一般来说，成年人在一生中会经历多次肝损伤，尤其是在生理条件下。肝脏是一个独特的器官，具有显著的修复和再生能力，这些过程与各种形式损伤后的生存和恢复密切相关。以往的研究表明，肝脏修复不仅依赖于单个肝细胞的再生，还依赖于多种细胞间的相互作用。这种协同作用对于有效恢复肝脏功能和结构至关重要。此外，调控这些复杂细胞相互作用的潜在分子机制也已被确定。这些机制涉及关键的信号通路，这些通路不仅决定细胞行为，还影响肝脏的重建能力。
信号通路是复杂的分子网络，它将信号从肝脏的外部环境传递到内部，启动内部机制，有效地指导修复和再生过程。这些通路的复杂性，包括它们的激活、相互作用和调节，是理解肝脏如何对损伤做出反应并启动修复过程的核心。探索代谢重编程的分子机制为肝脏修复和再生提供了新的视角。研究表明，细胞内的代谢变化与调节细胞生长、存活和功能的信号通路紧密相连。肝脏不仅是复杂信号网络的中心，也是代谢稳态的核心。肝脏参与调节多种代谢过程，包括葡萄糖代谢、脂质代谢和氨基酸代谢。代谢稳态的失调与多种疾病相关，这凸显了肝脏在维持整体代谢平衡中的重要性。已有研究表明，代谢物和代谢酶作为关键因素，通过提供作为能量来源、底物、辅因子的分子以及自身作为信号，影响信号网络。此外，各种通路的信号所诱导的细胞代谢变化，会影响细胞在不同病理条件下的功能和命运。代谢重编程支持肝脏适应不同类型损伤后的代谢环境，确保为细胞增殖和修复提供足够的资源和能量。因此，更深入地了解驱动代谢重编程的分子机制，有助于推动治疗策略的发展。
在此，研究人员将经典信号通路和代谢通路区分开来，将前者定义为主要涉及非代谢酶的通路。这种区分使得研究人员能够全面讨论肝脏修复和再生中分子机制的最新进展，特别是从复杂信号网络的角度进行探讨。这种深入的分析丰富了研究人员对这些过程的理解，为创新的治疗干预措施奠定了基础。
肝脏修复和再生在生物医学研究中一直是引人入胜且复杂的课题，其历史可追溯至数个世纪以前。肝脏再生这一现象自古以来就在神话和传说中有所记载，在 20 世纪初开始受到科学关注。对肝脏再生的研究已从单纯的现象观察深入到对其分子机制的探究。近几十年来，随着分子生物学和基因组学的迅速发展，研究人员对肝脏修复和再生过程中涉及的细胞反应和分子机制有了前所未有的理解。这些里程碑不仅展示了科学技术的进步，还突出了具有开创性的发现，这些发现塑造了研究人员目前对与修复相关的信号通路的认识，反映了研究人员对人体这一重要器官复杂功能的不断深入理解（图 1）。
肝脏再生能力的发现：对肝脏修复和再生的最早研究始于 20 世纪初。20 世纪 30 年代，研究人员成功对啮齿动物进行了三分之二肝切除术，肝脏令人瞩目的再生能力由此得到认可。肝切除术后的低血糖可促进细胞周期蛋白 D1（Cyclin D1）的表达，诱导早期 G1 期进展。这一发现突出了肝脏在损伤后修复能力的生理现象。在随后的几十年里，研究主要集中在细胞形态学方面，阐释了肝细胞如何调整其核和染色体结构以应对损伤，并进行修复和再生。
肝脏移植：塑造再生研究的临床突破：肝脏移植是肝脏再生研究中的一个里程碑。1963 年，托马斯?E?斯塔兹尔（Thomas E. Starzl）完成了首例成功的人体肝脏移植手术。这不仅是临床医学上的重大突破，为晚期肝病患者带来了新的希望，也丰富了研究人员对肝脏生物学，特别是肝脏再生能力的科学理解。肝脏移植使得研究人员能够在极端条件下直接观察肝脏修复过程，为了解再生过程中涉及的机制和信号通路提供了线索。此外，肝脏移植为研究肝脏疾病的新疗法和推进再生医学提供了有价值的实验模型和临床经验，从而促进了肝脏疾病治疗领域的创新和发展。
循环因子和细胞间相互作用在调节肝脏再生中的作用：20 世纪 70 年代，研究人员发现了一系列影响肝脏再生的循环因子。在这些研究中，最著名的是斯塔兹尔及其同事的报告，他们指出胰腺来源的体液因子在肝脏再生中起着关键作用。这些研究揭示了肝脏再生是一个受多种因素影响的多步骤过程。肝脏再生研究的一个关键里程碑是随后发现了生长因子的作用，如肝细胞生长因子（HGF）、表皮生长因子（EGF）和转化生长因子 α（TGF-α）。相关研究揭示了微环境变化在修复过程中的重要作用。随后的研究表明，非实质细胞对肝脏再生具有调节作用。梅杰（Meijer）等人报告称，巨噬细胞通过生长因子和细胞因子参与启动肝细胞增殖。
虽然许多研究都集中在肝细胞增殖上，但对坏死性肝损伤如何解决的理解仍然有限。最近的一项研究表明，单核细胞来源的巨噬细胞（MoMFs）至关重要，因为它们包裹坏死区域，并通过 JAG1/NOTCH2 信号通路和补体成分 C1q 与肝星状细胞和 SOX9 肝细胞协调作用。这一过程不仅清除了坏死碎片，还推进了肝脏修复，为肝脏修复和再生的治疗策略开辟了新途径。
肝脏治疗的干细胞研究进展：细胞治疗的首次研究可追溯到 1976 年，当时纳贾里安（Najarian）率先将同种异体肝细胞移植到患有先天性酶缺乏症的大鼠体内。随后，细胞介导治疗的证据逐渐受到越来越多的关注。肝脏干细胞或祖细胞的发现是一项重大进展，为治疗提供了新的途径。历史上，最早被认为具有干细胞 / 祖细胞特征的肝细胞类型是位于赫令管（canals of Hering）的大鼠卵圆细胞。随后的谱系追踪方法修正了早期对卵圆细胞的认识，并表明肝细胞能够自我更新以维持小鼠的肝脏质量。此外，接受男性供体骨髓移植的女性，其肝细胞中出现了 Y 染色体。这一发现表明肝细胞可以通过转分化起源于骨髓。目前，对于明确的肝脏干细胞 / 祖细胞仍未达成共识。未来，技术的进步可能有助于揭示不同肝脏疾病背景下的细胞可塑性。
基因编辑小鼠模型在揭示肝脏再生机制中的作用：在基因编辑动物模型出现之前，由于研究人员缺乏在体内特异性增强或抑制这些生长因子的工具，很难确凿地证明它们的功能和机制。1991 年，使用转基因白蛋白 - 尿激酶型纤溶酶原激活剂（Alb-uPA）小鼠模型的研究被认为是早期具有里程碑意义的研究之一，该研究利用基因操作来探究肝脏再生。在 Alb-uPA 小鼠模型中，由白蛋白启动子控制的 uPA 在肝细胞内将纤溶酶原转化为纤溶酶，导致蛋白水解和细胞凋亡。这一过程导致持续的肝损伤，最终发展为肝衰竭。
遗传学进展带来的关键分子见解：2000 年左右，分子生物学和遗传学的进展使研究人员对控制肝脏再生的机制有了更深入的理解。关键基因和信号通路，如 Wnt/β - 连环蛋白（Wnt/β -catenin）、MET 和信号转导及转录激活因子 3（STAT3）通路等已被确定。在此期间，另一个重要进展是揭示了翻译后修饰的重要性。
再生医学和组织工程：21 世纪初，研究人员专注于再生医学方法，包括使用生物人工肝装置和肝脏组织工程。这些方法涉及利用干细胞和生物材料为细胞生长和分化创造支持性环境。
驱动修复和再生的代谢重编程：2010 年左右以来，代谢重编程在肝脏再生中的作用成为研究的焦点。这一过程通过调整细胞代谢来满足肝脏修复的需求，改变关键通路，如糖酵解、脂肪酸代谢和氧化磷酸化。这些适应性变化为肝细胞增殖和组织修复提供了必要的能量、物质和信号。代谢组学的进展加深了研究人员对这些代谢变化如何促进肝脏再生的理解，为增强肝脏修复的潜在治疗靶点提供了新的见解。
测序技术的进步为肝脏研究揭示细胞奥秘：近年来，单细胞测序（scRNA-seq）技术为更深入地了解细胞异质性和细胞特异性基因表达开辟了新的可能性。2010 年左右引入的第三代测序技术，如单分子实时（SMRT）测序和纳米孔测序，进一步加速了这些进展。这些技术提供了更长的读长、更高的准确性以及直接对单个分子进行测序的能力，从而有助于对单细胞转录组进行更详细和全面的分析。此外，空间转录组学为理解肝细胞如何在空间上组织和相互作用以促进肝脏不同区域的修复和再生提供了空间数据。特别是 ProTracer 技术，它能够追踪细胞命运，为研究肝脏再生过程中的细胞变化提供动态信息。这些信息对于理解肝脏的自我修复机制和开发肝脏疾病的新疗法至关重要。
人工智能（AI）在推进肝脏研究和治疗中的潜力：随着大规模语言模型的突破，AI 在 2020 年左右开始在肝脏疾病研究领域呈现指数级增长。AI 在肝脏修复和再生中的应用仍处于早期阶段，但它在提高研究人员对分子机制的理解和优化治疗策略方面具有巨大潜力。
AI 能够处理和分析大量的生物医学数据，如基因组、蛋白质组和临床数据。通过先进的数据分析，AI 能够识别肝脏疾病的关键分子模式和生物标志物，从而更深入地理解病理分子机制。AI 还能够创建模型，用于预测疾病进展、治疗反应和临床结果。AI 技术有助于加速新药研发，帮助优化潜在的药物候选物。随着 AI 的不断发展，未来其在肝脏疾病领域的应用将更加广泛和深入。
肝脏由一个复杂的微环境组成，富含各种细胞类型，包括实质细胞和非实质细胞。这些细胞在调节增殖和分化等关键过程中发挥着重要作用，并且在损伤后恢复肝脏功能方面起着关键作用（图 2）。研究这些细胞在恢复阶段如何相互作用和传递信号，有助于增强研究人员对肝脏分子机制的理解，并有助于开发靶向治疗策略。
胆管上皮细胞：胆管上皮细胞（BECs）是分化的上皮细胞，属于非实质细胞，负责调节胆汁排泄和体内平衡。谱系追踪研究表明，肝细胞通常通过自我复制来补充丢失的肝组织。然而，当肝细胞损伤程度超过其自我复制能力时，其他肝细胞会被激活，进行去分化或转分化，从而补偿丢失的组织。激活的 BECs 可以通过细胞重编程获得肝细胞的特征，以支持肝脏再生。BECs 的可塑性被认为是干细胞的一个特征。关于 BECs 转分化的研究产生了大量不同的观点和争议。一些研究表明，BECs 的可塑性，包括 BECs 去分化为双潜能祖细胞，以及随后祖细胞转化为肝细胞的过程，对肝脏再生至关重要。然而，其他研究表明，BECs 作为兼性干细胞，在受损肝脏中可以直接转分化为肝细胞。
在肝损伤期间，表达 BEC 标记的细胞从门静脉周围区域增殖并侵入相邻的实质组织。这些增殖细胞是胆管反应（DR）的一部分，它们也表达胆管标记物，如 Sox9。DR 激活在人类肝脏疾病中也有发现。急性肝衰竭患者的肝细胞增殖受损，同时伴有强烈的 DR。此外，自身免疫性或病毒性肝炎肝硬化患者的 BECs 表达肝细胞标记物 HNF4α。
从机制上讲，Rngtt / 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1（mTORC1）/dnmt1 轴已被证明对 BECs 去分化为肝祖细胞（LPCs）至关重要。法尼醇 X 受体（FXR）、Wnt 和骨形态发生蛋白也有助于 LPCs 分化为肝细胞。最近的研究通过结合 scRNA-seq 和双重组酶介导的谱系追踪，探索了细胞命运转换现象背后的分子机制。Notch 信号的抑制促进了 BECs 向 LPCs 的转化，随后激活 Wnt 信号介导 LPCs 向肝细胞的转化。未来的研究应致力于确定新的准确标记物，以追踪不同损伤条件下的细胞命运决定。
内皮细胞：肝脏内皮细胞是一个异质性群体，对肝脏功能和再生至关重要。其中，肝窦内皮细胞（LSECs）排列在肝窦内，专门负责促进分子交换、免疫监视和支持再生过程。LSECs 与实质细胞和非实质细胞协同作用，诱导肝细胞增殖。
LSECs 分泌的一氧化氮（NO）在肝切除术后，随着剪切应力的增加，调节肝细胞对 HGF 的敏感性。此外，LSECs 通过增加尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）的表达，进一步促进肝脏再生，uPA 可激活细胞外基质（ECM）中的 HGF。LSECs 还直接分泌 HGF 和 Wnt2，促进依赖 Id1 的肝细胞有丝分裂。尽管各种分泌细胞中 HGF 的相对贡献仍未明确，但 LSECs 中特异性 HGF 的缺乏会导致成年小鼠部分肝切除（PHx）后肝脏再生受损，且其他细胞产生的 HGF 无法补偿这种缺陷。在此基础上，LSECs 产生血管内皮生长因子（VEGF），它作为关键调节因子，促进肝细胞和 LSECs 的增殖。VEGF 通过 VEGF/VEGFR2 信号进一步刺激 LSECs 释放 HGF，增强再生过程。
在诱导期，随着肝细胞的分裂增加，会出现相对缺氧的环境。缺氧环境促使肝细胞和肝星状细胞（HSCs）释放 VEGF，刺激 LSECs 增殖并重塑肝窦网络。在血管生成期，血管生成素 - 2 表达的增加以自分泌方式刺激 LSECs 增殖。
肝星状细胞：HSCs 是位于 Disse 间隙的固有间充质细胞。在稳态肝脏中，HSCs 占所有细胞的 8%，并储存高达 70 - 95% 的类视黄醇脂质（维生素 A）。
HSCs 产生的几种信号分子有助于肝细胞增殖。其中最关键的分子之一是 HGF。大量储存在 ECM 中的 HGF 在 PHx 后迅速以异二聚体形式被激活。这些分子通过旁分泌途径和外周血液循环与肝细胞上的 MET 结合。HGF 异二聚体随后激活多个下游信号通路，驱动 G1 - S 期细胞周期转换。HSCs 诱导的成纤维细胞生长因子（FGF）10 过表达在缺血 - 再灌注损伤（IRI）期间也影响肝细胞，驱动肝细胞增殖。PHx 后，HSCs 主要通过白细胞介素 - 6（IL-6）的转信号而非 IL-6 信号被刺激产生肝细胞生长因子，这表明可溶性 IL-6 受体（sIL-6R）在肝脏修复中起着关键作用。木村（Kimura）等人报告称，一个表达胶原蛋白基因的异质性 HSC 簇通过诱导肝细胞肥大参与肝脏质量的恢复。在分期肝切除术的联合肝脏分割和门静脉结扎（ALLPS）模型中，HSCs 分泌的印度刺猬蛋白（Indian Hedgehog protein）有助于促进肝实质细胞的更新。
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