本文介绍的是海南大学生物医学工程学院张智红教授课题组对肝脏血管三维结构和免疫细胞分布的系统性综述，发表在《Journal of Innovative Optical Health Sciences》期刊2023年第3期。
Three-dimensional structure of liver vessels and spatial distribution of hepatic immune cells
肝脏血管三维结构和免疫细胞空间分布
Mengli Xu, Zheng Liu, Xinlin Li, Xinru Wang, Xuenan Yuan, Chenlu Han, and Zhihong Zhang*
研究背景
肝脏是人体最大的实质器官，发挥着重要的解毒和代谢功能。肝脏纵横交错的脉管网络和类型多样的细胞，共同构成了肝脏复杂的结构。研究肝脏血管系统和免疫细胞的三维空间分布对于探索肝脏疾病的发生发展非常必要。随着成像技术的发展，针对肝脏的成像方式也逐渐增多，除常规的二维成像研究外，肝脏血管网络以及免疫细胞分布的三维成像为肝脏相关研究提供了更真实、完整的解剖学以及病理学的数据信息。
内容简介
本综述从肝脏血管的结构、肝脏三维成像、肝脏多种细胞的空间分布和免疫功能等方面进行介绍。重点综述了三维成像技术在肝脏精细结构可视化中的应用，并对肝脏血管和免疫细胞三维成像的发展进行了总结和展望。
图文导读
1.肝脏血管系统的结构
图1：肝脏脉管组成的示意图。（A）肝脏示意图。（B）肝小叶六边形示意图。蓝色:中央静脉和肝血窦。（C）小叶间静脉和小叶间动脉在肝血窦处交汇的示意图。红色：小叶间动脉。蓝色：小叶间静脉、肝血窦、中央静脉
人体的肝脏位于腹腔中的横膈膜下，根据肝脏静脉的走向将肝脏分为左半肝区和右半肝区；小鼠的肝脏则根据形态和分布被分为五叶：左侧外叶、肝中叶、右前叶、右后叶和尾状叶。肝脏纵横交错的脉管网络和类型多样的细胞，共同构成了肝脏复杂的结构。如图1所示，该综述介绍了肝脏脉管系统的组成，包括由肝静脉、门静脉、肝动脉组成的肝脏血管网络，与门静脉和肝动脉并行分布的胆管，以及围绕门静脉分布的淋巴管。其中门静脉和肝动脉来源的血液经其终末端分支（小叶间静脉和小叶间动脉）在肝血窦交汇，共同流入中央静脉（即肝静脉的终末端分支）。
2.肝脏基本结构单元
图2：肝小叶结构。（A）经典肝小叶、门管小叶和肝腺泡示意图。浅蓝色区域为经典肝小叶，浅黄色区域为门管小叶，品红色区域为肝腺泡。（B）经典肝小叶、门管小叶和肝腺泡区域的肝血窦结构
在肝脏的微血管网络中，密集排布的肝血窦共同形成簇状的肝小叶单元，分布于肝脏的各处。以肝脏脉管为坐标，该综述介绍了几种形式的肝脏基本结构单元。如图2所示，肝脏的基本结构单元包括以汇管区为边界、中央静脉为中心的经典肝小叶，以中央静脉为边界、汇管区为中心的门管小叶，以及以中央静脉为端点、门静脉为中轴的肝腺泡。
3.肝脏血管的解剖学三维成像
表1. 肝脏血管的解剖学三维成像方法
在肝脏主要脉管结构的成像方面，如表1所示，基于数控铣床切削成像技术，实现了对人体完整肝脏主要脉管的成像，其分辨率为0.1~1 mm；广泛应用于临床诊断的CT和MRI成像技术，能够以0.5~2 mm的分辨率实现对肝脏结构的快速扫描；micro-CT以及光声成像技术将肝脏脉管成像的分辨率提高到1~100 μm，并且，在科学研究中光声成像能够实现活体内肝脏组织的实时数据采集。
4.肝脏血管精细结构的三维成像
图3：肝脏的光透明成像。（A）通过micro-CT对小鼠肝脏门静脉（PV）和胆管（BD）进行三维重建。白色：PV，绿色：BD，比例尺：4 mm。（B）结直肠微转移灶的透明化肝叶共聚焦成像。（C-D）肝血窦的三维成像和骨架分割
图4：高分辨率荧光显微光学断层扫描（HD-fMOST）成像完整肝叶。青色：门静脉，黄色：肝静脉，紫色：胆管，红色：肝动脉。比例尺：1 mm
在肝脏脉管精细结构的成像方面，如图3所示，组织光透明技术与micro-CT以及共聚焦成像技术的结合可实现对肝脏胆管以及精细肝血窦结构的单细胞分辨率成像。此外，如图4所示，近些年快速发展的fMOST成像技术的成像分辨率可精细到0.32 μm × 0.32 μm × 1 µm，能够实现亚细胞分辨率下的肝脏微血管网络三维成像。这些技术的结合为研究肝脏的三维精细血管结构提供了重要方案。
5.肝脏免疫细胞的分布和功能
表2. 肝脏内细胞的的空间分布及主要免疫功能
肝脏不仅仅是机体重要的代谢器官，也是机体独特的免疫器官，且以免疫耐受占主导。在以肝脏血管为坐标的肝脏血管网络内外分布着多种类型的免疫细胞，并且肝脏免疫细胞的分布与其功能密切相关。综述介绍了肝脏中肝实质细胞、肝星状细胞、树突状细胞（DC）、肝血窦内皮细胞、枯否细胞（KC）以及淋巴细胞在肝脏中的主要分布位置与功能。进而，对肝脏免疫细胞空间分布的最新研究进展进行了详细介绍。
总的来说，完整肝脏的肝脏血管和免疫细胞单细胞分辨率三维成像提高了我们对肝脏代谢稳态、免疫监测和血流动力学的理解。在完整肝脏中探索生理和病理条件下免疫细胞和神经元网络的空间分布特征，开发更高效的数据处理方法，创建更快速、更高分辨率的成像技术平台，将有助于推进肝脏疾病生物学机制研究和拓宽肝脏解剖学研究。此外，肝脏三维成像结合多组学测量，将进一步加深人们对具有特定空间定位的免疫细胞功能的理解。
通讯作者简介
张智红，海南大学生物医学工程学院教授，博士生导师。近年来，针对免疫反应可视化研究的重大需求，致力于发展多分子并行检测、活体靶向标记和多层次光学成像新方法。建立的免疫光学成像新技术新方法已应用于肝脏、皮肤、脑等相关疾病模型的活体免疫反应可视化研究。在Nature Communications、Science Advances、Light: Science & Applications、eLife、Theranostics、Advanced Science和ACS Nano等SCI期刊上发表第一或通讯作者（含并列）论文60多篇。获得国家杰出青年科学基金资助，主持包括国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金重点支持项目在内的多个国家级项目。
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