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**繪制出小腸細(xì)胞圖譜2017-11-10 10:17來源:生物谷
作為一種細(xì)胞生態(tài)系統(tǒng),腸道內(nèi)壁(也稱作腸道上皮)是身體中最為多樣性的最具活力的組織之一,它是身體與外部世界的主要接口之一。為了更好地理解這種復(fù)雜的組織和它的功能,以及影響它的疾病,由來自美國布羅德研究所和麻省總醫(yī)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個多中心研究小組利用來自小鼠腸道或腸道類器官模型中的5.3多萬個細(xì)胞,對組成小腸內(nèi)壁的細(xì)胞進(jìn)行高分辨率的基于基因表達(dá)的普查。這種普查結(jié)果包括首個小腸細(xì)胞組成圖譜,從而為研究炎癥性腸病、小腸癌、乳糜瀉和食物過敏等一系列影響或涉及腸道的疾病的生物學(xué)機(jī)理提供參考。這項(xiàng)研究也增加我們對腸道細(xì)胞產(chǎn)生的激素和其他信號的理解,并且為我們了解腸道如何應(yīng)對不同的病原體入侵提供了新的線索。相關(guān)研究結(jié)果于2017年11月8日在線發(fā)表在Nature期刊上,論文標(biāo)題為“A single-cell survey of the small intestinal epithelium”。
腸道發(fā)揮著很多功能,包括吸收營養(yǎng)物,產(chǎn)生身體中的很多激素,阻止有毒物質(zhì)和病原體進(jìn)入。為此,它依賴于很多特化細(xì)胞、它們的特定活性和相互作用。其中的一些細(xì)胞是眾所周知的,但有些細(xì)胞至今仍不熟悉。
腸道上皮與免疫系統(tǒng)和腸道微生物組相接觸,因此腸道是細(xì)胞連接的主要中心,因此了解腸道的健康和疾病對我們來說是非常重要的。
為了開展這項(xiàng)普查,這些研究人員主要依賴于單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq),即一組能夠鑒定出單個細(xì)胞內(nèi)特定基因表達(dá)譜的基因組技術(shù)。
利用這些技術(shù),這些研究人員產(chǎn)生了總共53193個小腸上皮細(xì)胞的基因表達(dá)譜。他們從這些數(shù)據(jù)中確定了已知細(xì)胞類型(比如腸上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和叢狀細(xì)胞)、特定細(xì)胞亞型或群體(比如不同成熟階段的腸上皮細(xì)胞)和罕見細(xì)胞類型(比如M細(xì)胞)特異性的基因表達(dá)特征。他們還分配出與每種小腸上皮細(xì)胞類型相關(guān)聯(lián)的已知的和新的特定感覺分子。
這些數(shù)據(jù)也揭示出之前未被識別的細(xì)胞亞型的存在,并對已知的細(xì)胞類型進(jìn)行重新分類提供支持。比如,這些研究人員揭示出一種新型的檢測化學(xué)物的叢狀細(xì)胞(tuft cell,協(xié)助提醒免疫系統(tǒng)身體遭受感染或其他形式的損傷)展現(xiàn)出之前被認(rèn)為是免疫細(xì)胞獨(dú)有的標(biāo)志物,這可能有助于對過敏原和入侵的寄生蟲發(fā)出警告。
這些研究人員吃驚地觀察到基因TSLP---編碼一種人們長期就已知參與上皮誘導(dǎo)的炎癥的細(xì)胞因子---的表達(dá)**于特定的叢狀細(xì)胞亞群。這提示著這些近期描述的細(xì)胞具有重要的“監(jiān)視”作用。
此外,這些數(shù)據(jù)表明腸道中產(chǎn)生激素的腸內(nèi)分泌細(xì)胞(enteroendocrine cells, EEC)---長期以來基于每種EEC亞群僅產(chǎn)生一種激素的觀點(diǎn),它們被劃分為不同的亞群---實(shí)際上能夠一次產(chǎn)生多種激素。
這些研究人員也將他們的數(shù)據(jù)沿著小腸的長度繪制到小腸的不同位置上。比如,他們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生胃饑餓素(ghrelin,觸發(fā)饑餓感)的EEC傾向于聚集在靠近小腸開始的地方(即十二指腸,位于胃部附近)。另一方面,那些產(chǎn)生肽YY(促進(jìn)飽食感)的EEC聚集在小腸遠(yuǎn)端附近(即回腸)。
為了對這種圖譜作為疾病研究參考的實(shí)用性進(jìn)行概念驗(yàn)證,這些研究人員調(diào)查了兩種腸道感染模型:沙門氏菌感染模型和多形螺旋線蟲(Heligmosomoides polygyrus,一種腸內(nèi)寄生蟲物種)感染模型。
通過與這些參考普查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果表明腸道內(nèi)壁顯著地自我重建來應(yīng)對感染。依賴于感染性損傷的類型,某些細(xì)胞類型在豐度上顯著地增加或下降。很多細(xì)胞的表達(dá)譜也顯著地發(fā)生變化,包括病原體特異性的變化。
鑒于這些參考細(xì)胞普查數(shù)據(jù)在手,這些研究人員興奮地開展了進(jìn)一步的研究,包括涉及胃腸道疾病---舉幾個來說,克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎、胃腸道癌和食物過敏---模型或胃腸道疾病患者的研究以便鑒定基因表達(dá)、上皮結(jié)構(gòu)與功能上的變化,從而有可能為藥物開發(fā)提供新的見解和機(jī)會。
參考資料:
Adam L. Haber, Moshe Biton, Noga Rogel et al. A single-cell survey of the small intestinal epithelium. Nature, Published online: 08 November 2017, doi:10.1038/nature24489
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