骆清铭院士和龚辉教授带领MOST团队发明的显微光学切片断层成像系列技术（MOST/fMOST）作为介观尺度最精准的三维完整器官成像技术，已在神经机制、脑疾病、心脑血管疾病以及药理毒理等科学前沿领域研究中发挥重要作用，并带动了相关标记技术和大数据处理和解析技术的发展。

肝脏承担着制造化学物质、解毒等多种关键功能，其复杂的分层分段结构与这些功能紧密相关。在小鼠体内，肝脏分为尾状叶、左叶、右叶和中叶，肝小叶作为基本功能单位，呈近似六边形，中央静脉位于中心，门静脉在各交点处，肝动脉和胆管伴随门静脉分布。目前常用多种小鼠模型来研究肝脏的急性和慢性病理过程以及评估新治疗方法的有效性，其中四氯化碳（CCl4）常被用于诱导肝损伤，引发肝硬化、纤维化和坏死。

早在2021年2月，上海药物所团队就利用MOST成像技术和全器官尼氏染色法，已展示出区分细胞、血管等不同结构的能力。在此基础上，研究团队旨在进一步实现对整个小鼠肝脏多种结构的同时可视化，推动肝脏病理研究从2D向3D视角转变。

近日，临港实验室殷宪振/上海药物所高召兵/张小川团队在Advanced Science上发表了题为“Generation of a High-Precision Whole Liver Panorama and Cross-Scale 3D Pathological Analysis for Hepatic Fibrosis”的研究性论文。本研究利用MOST系统结合肝脏尼氏染色技术，构建高精度全肝图谱及肝纤维化的跨尺度3D病理模型。研究发现肝纤维化时，肝脏多结构出现区域特异性变化，如中央静脉直径减小、长度密度增加，肝窦受损，肝细胞脂肪变性且其程度与距中央静脉距离相关。这一成果为肝脏疾病病理研究提供新视角与方法，有助于深入理解肝纤维化机制，为肝脏疾病诊疗及药物研发提供理论依据。

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

发表时间：2025年3月24日

发表期刊：Advanced Science

研究团队：临港实验室殷宪振/上海药物所高召兵/张小川团队

1全肝图谱：肝脏的“高清地图”

研究人员以2个月大的雄性C57BL/6小鼠为研究对象，利用MOST系统，以0.35μm×0.35μm×2μm的超高分辨率，获取了全肝数据集。从这些数据重建的全肝图谱，就像一份高清地图，清晰呈现出小鼠肝脏的四个主要肝叶（中叶、左叶、右叶和尾状叶）以及胆囊和内部血管结构。无论是从腹侧还是背侧观察，各肝叶的形态、位置以及内部血管的分布都一目了然。这一成果为后续研究肝脏的正常结构和功能，以及病变状态下的结构改变，提供了重要的基础参考。

2病理数据集：肝脏纤维化的“证据库”

为了探究肝脏纤维化的病理变化，研究人员构建了CCl4诱导的肝纤维化小鼠模型，并与正常小鼠进行对比。从宏观上看，CCl4处理组小鼠肝脏表面变得粗糙，出现颗粒状和不均匀的结节，这是肝脏纤维化的典型特征。同时，血清中的丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）水平大幅上升，分别增加了约7倍和约4倍，表明肝脏功能受到严重损害。在组织学层面，通过尼氏染色、H&E染色和Masson三色染色，研究人员发现CCl4处理组肝脏出现了肝细胞脂肪变性、炎症细胞浸润和大量胶原沉积等病理变化。值得一提的是，尼氏染色不仅能清晰显示这些病理改变，还能提供与传统H&E染色相媲美的信息，为研究肝脏病理提供了一种新的有效手段。

3左肝叶结构变化：纤维化的“微观线索”

考虑到各肝叶病理特征相似，为减轻计算负担，研究人员聚焦于左肝叶进行深入研究。通过对左肝叶的高精度重建和分析，发现CCl4处理组肝脏表面结节突出，血管分布也发生了显著变化。具体来说，中央静脉的长度密度明显增加，平均直径显著减小，而门静脉的形态参数则没有明显改变。这些变化暗示了由于肝窦毛细血管化导致的小血管增多，为理解肝脏纤维化过程中的血管重塑机制提供了重要线索。

4肝窦和细胞损伤：区域特异性的“病变模式”

进一步研究发现，CCl4处理组的肝窦损伤具有明显的区域特异性，主要集中在中央静脉周围的窦状隙，而门静脉周围的窦状隙相对正常。在显微镜下可以看到，中央静脉周围的肝窦变得稀疏、不连续，被脂肪变性的肝细胞占据。同时，肝细胞的分布也出现异常，中央静脉周围的肝细胞变得稀疏，且伴有大量较小的炎症细胞。定量分析显示，CCl4处理组肝窦的平均直径和体积分数显著下降，而长度密度和段数显著增加，这些变化进一步证实了肝窦在肝脏纤维化过程中的严重损伤。

5脂肪变性肝细胞分析：纤维化程度的“指示标”

最后，研究人员利用深度学习模型，对脂肪变性的肝细胞进行了自动分割和3D可视化。结果显示，脂肪变性的肝细胞主要围绕在中央静脉周围，严重破坏了中央静脉周围的窦状隙。对全肝各叶脂肪变性区域的定量分析发现，除中叶外，其他各叶脂肪变性区域的体积百分比几乎相同，且脂肪变性程度与距离中央静脉的距离呈正相关，与血管直径无关。这表明中央静脉周围的肝细胞更容易受到损伤，且这种损伤程度在不同肝叶之间具有一致性。此外，研究还发现脂肪变性区域的比例可能在一定程度上反映肝脏纤维化的程度，为评估肝脏纤维化进展提供了新的指标。

综上所述，该研究结合MOST系统和肝脏尼氏染色技术，构建出首份高精度全小鼠肝脏图谱，能清晰呈现肝脏各叶及内部血管结构。通过构建CCl4诱导的肝纤维化小鼠模型，详细分析病理变化。发现肝纤维化时，肝脏表面出现结节，中央静脉、肝窦等结构改变，中央静脉直径减小、长度密度增加，肝窦受损且主要集中在中央静脉周围。利用深度学习模型分析脂肪变性肝细胞，发现其分布与中央静脉密切相关，且各肝叶脂肪变性区域体积百分比相近。该研究从3D视角揭示肝纤维化病理特征，为肝脏疾病研究提供新方法和理论依据，有助于推动肝脏疾病的诊断和治疗发展。

亮点：本研究利用MOST成像和Nissl染色方法，构建了首份高精度全小鼠肝脏图谱，实现了对整个小鼠肝脏的可视化和分析，并构建了肝纤维化小鼠左肝叶的详细3D病理图谱。与其他成像技术相比，MOST技术具有独特优势，无需额外图像配准，能在完整肝脏中以亚微米分辨率同时可视化多种结构。

[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