駱清銘院士和龔輝教授帶領MOST團隊發明的顯微光學切片斷層成像系列技術（MOST/fMOST）作為介觀尺度最精準的三維完整器官成像技術，已在神經機制、腦疾病、心腦血管疾病以及藥理毒理等科學前沿領域研究中發揮重要作用，并帶動了相關標記技術和大數據處理和解析技術的發展。

肝臟承擔著制造化學物質、解毒等多種關鍵功能，其復雜的分層分段結構與這些功能緊密相關。在小鼠體內，肝臟分為尾狀葉、左葉、右葉和中葉，肝小葉作為基本功能單位，呈近似六邊形，中央靜脈位于中心，門靜脈在各交點處，肝動脈和膽管伴隨門靜脈分布。目前常用多種小鼠模型來研究肝臟的急性和慢性病理過程以及評估新治療方法的有效性，其中四氯化碳（CCl4）常被用于誘導肝損傷，引發肝硬化、纖維化和壞死。

早在2021年2月，上海藥物所團隊就利用MOST成像技術和全器官尼氏染色法，已展示出區分細胞、血管等不同結構的能力。在此基礎上，研究團隊旨在進一步實現對整個小鼠肝臟多種結構的同時可視化，推動肝臟病理研究從2D向3D視角轉變。

近日，臨港實驗室殷憲振/上海藥物所高召兵/張小川團隊在Advanced Science上發表了題為“Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis”的研究性論文。本研究利用MOST系統結合肝臟尼氏染色技術，構建高精度全肝圖譜及肝纖維化的跨尺度3D病理模型。研究發現肝纖維化時，肝臟多結構出現區域特異性變化，如中央靜脈直徑減小、長度密度增加，肝竇受損，肝細胞脂肪變性且其程度與距中央靜脈距離相關。這一成果為肝臟疾病病理研究提供新視角與方法，有助于深入理解肝纖維化機制，為肝臟疾病診療及藥物研發提供理論依據。

文章題目：Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis

發表時間：2025年3月24日

發表期刊：Advanced Science

研究團隊：臨港實驗室殷憲振/上海藥物所高召兵/張小川團隊

1全肝圖譜：肝臟的“高清地圖”

研究人員以2個月大的雄性C57BL/6小鼠為研究對象，利用MOST系統，以0.35μm×0.35μm×2μm的超高分辨率，獲取了全肝數據集。從這些數據重建的全肝圖譜，就像一份高清地圖，清晰呈現出小鼠肝臟的四個主要肝葉（中葉、左葉、右葉和尾狀葉）以及膽囊和內部血管結構。無論是從腹側還是背側觀察，各肝葉的形態、位置以及內部血管的分布都一目了然。這一成果為后續研究肝臟的正常結構和功能，以及病變狀態下的結構改變，提供了重要的基礎參考。

2病理數據集：肝臟纖維化的“證據庫”

為了探究肝臟纖維化的病理變化，研究人員構建了CCl4誘導的肝纖維化小鼠模型，并與正常小鼠進行對比。從宏觀上看，CCl4處理組小鼠肝臟表面變得粗糙，出現顆粒狀和不均勻的結節，這是肝臟纖維化的典型特征。同時，血清中的丙氨酸氨基轉移酶（ALT）和天冬氨酸氨基轉移酶（AST）水平大幅上升，分別增加了約7倍和約4倍，表明肝臟功能受到嚴重損害。在組織學層面，通過尼氏染色、H&E染色和Masson三色染色，研究人員發現CCl4處理組肝臟出現了肝細胞脂肪變性、炎癥細胞浸潤和大量膠原沉積等病理變化。值得一提的是，尼氏染色不僅能清晰顯示這些病理改變，還能提供與傳統H&E染色相媲美的信息，為研究肝臟病理提供了一種新的有效手段。

3左肝葉結構變化：纖維化的“微觀線索”

考慮到各肝葉病理特征相似，為減輕計算負擔，研究人員聚焦于左肝葉進行深入研究。通過對左肝葉的高精度重建和分析，發現CCl4處理組肝臟表面結節突出，血管分布也發生了顯著變化。具體來說，中央靜脈的長度密度明顯增加，平均直徑顯著減小，而門靜脈的形態參數則沒有明顯改變。這些變化暗示了由于肝竇毛細血管化導致的小血管增多，為理解肝臟纖維化過程中的血管重塑機制提供了重要線索。

4肝竇和細胞損傷：區域特異性的“病變模式”

進一步研究發現，CCl4處理組的肝竇損傷具有明顯的區域特異性，主要集中在中央靜脈周圍的竇狀隙，而門靜脈周圍的竇狀隙相對正常。在顯微鏡下可以看到，中央靜脈周圍的肝竇變得稀疏、不連續，被脂肪變性的肝細胞占據。同時，肝細胞的分布也出現異常，中央靜脈周圍的肝細胞變得稀疏，且伴有大量較小的炎癥細胞。定量分析顯示，CCl4處理組肝竇的平均直徑和體積分數顯著下降，而長度密度和段數顯著增加，這些變化進一步證實了肝竇在肝臟纖維化過程中的嚴重損傷。

5脂肪變性肝細胞分析：纖維化程度的“指示標”

最后，研究人員利用深度學習模型，對脂肪變性的肝細胞進行了自動分割和3D可視化。結果顯示，脂肪變性的肝細胞主要圍繞在中央靜脈周圍，嚴重破壞了中央靜脈周圍的竇狀隙。對全肝各葉脂肪變性區域的定量分析發現，除中葉外，其他各葉脂肪變性區域的體積百分比幾乎相同，且脂肪變性程度與距離中央靜脈的距離呈正相關，與血管直徑無關。這表明中央靜脈周圍的肝細胞更容易受到損傷，且這種損傷程度在不同肝葉之間具有一致性。此外，研究還發現脂肪變性區域的比例可能在一定程度上反映肝臟纖維化的程度，為評估肝臟纖維化進展提供了新的指標。

綜上所述，該研究結合MOST系統和肝臟尼氏染色技術，構建出首份高精度全小鼠肝臟圖譜，能清晰呈現肝臟各葉及內部血管結構。通過構建CCl4誘導的肝纖維化小鼠模型，詳細分析病理變化。發現肝纖維化時，肝臟表面出現結節，中央靜脈、肝竇等結構改變，中央靜脈直徑減小、長度密度增加，肝竇受損且主要集中在中央靜脈周圍。利用深度學習模型分析脂肪變性肝細胞，發現其分布與中央靜脈密切相關，且各肝葉脂肪變性區域體積百分比相近。該研究從3D視角揭示肝纖維化病理特征，為肝臟疾病研究提供新方法和理論依據，有助于推動肝臟疾病的診斷和治療發展。

亮點：本研究利用MOST成像和Nissl染色方法，構建了首份高精度全小鼠肝臟圖譜，實現了對整個小鼠肝臟的可視化和分析，并構建了肝纖維化小鼠左肝葉的詳細3D病理圖譜。與其他成像技術相比，MOST技術具有獨特優勢，無需額外圖像配準，能在完整肝臟中以亞微米分辨率同時可視化多種結構。

[1]Zhang, Xiaochuan et al. “Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis.” Advanced science. 24 Mar. 2025