清北學者合作揭示人不同腸段功能差異

消化道在營養物質消化吸收、抵抗致病菌入侵、激素分泌、廢物排洩等方面發揮著重要作用，消化道上皮細胞作為這些功能的主要執行者，其細胞組成及功能在不同腸段存在較大差異。隨著單細胞測序技術的發展，單細胞圖譜分析闡明瞭小鼠小腸上皮細胞組成

2019年11月21日，清華大學陳曄光和楊雪瑞課題組及北京大學第三醫院付衛課題組一起合作，在Journal of Experimental Medicine上在線發表了題為Single-cell transcriptome analysis reveals differential nutrient absorption functions in human intestine的研究論文。揭示了人體迴腸、結腸和直腸上皮細胞的基因表達圖譜，比較了不同腸段在營養物質吸收，激素分泌及免疫抵抗等方面的功能差異，並揭示人和小鼠迴腸在基因保守性方面的異同。

該研究共收集來自三個不同腸段的14537個腸道上皮細胞進行單細胞轉錄組測序，通過已知的標誌基因對細胞進行相應分群，得到人體不同腸段腸上皮細胞基因表達圖譜。進一步分析及實驗驗證了特定基因的表達，如NUSAP1在TA（transient amplifying）細胞中特異表達，而ITLN1 在杯狀細胞中特異表達，同時也確定了類似潘氏細胞（Paneth-like）存在於人體大腸上皮中。基於特定腸段細胞類群的基因表達譜，發現了同類群細胞在不同腸段的基因表達圖譜及功能可能有不同：例如Ayyaz等報道的一類獨特腸幹細胞基因Clusterin【3】，在人迴腸上皮幹細胞中普遍表達，而在大腸上皮幹細胞中基本不表達。

雖然對營養物質在不同腸段的吸收已有一定了解，但對於不同類型營養具體組分的吸收仍不太清楚。通過對腸上皮不同轉運蛋白的分析，揭示人體小腸及大腸的營養物質吸收的具體差異：如氨基酸中的精氨酸、纈氨酸及色氨酸等主要在小腸中被吸收，核苷及有機酸中的膽鹼主要在大腸中被吸收。而內分泌功能方面的分析表明，相關激素Secretin、Neurotensin、Cholecystokininyou由小腸分泌，而大腸主要分泌INSL5 (Insulin-like 5)、PAM(Peptidylglycine Alpha-Amidating Monooxygenase)、PYY (Peptide YY) 等為主。

比較小鼠與人類之間存在的物種異質性與保守性，對基礎科學及臨床研究具有重要意義。該研究通過對比分析小鼠與人類迴腸基因表達圖譜，得到不同細胞類型的保守基因及物種之間的差異基因，為後續的研究提供較好的數據基礎。

綜上，該研究提供了人類不同腸段的單細胞轉錄組圖譜，多方面分析不同腸段之間的功能差異，對比分析了人鼠迴腸上皮細胞的異質性，為深入瞭解腸道功能和相關疾病發生機制提供了重要的數據資源。

原文鏈接：

http://jem.rupress.org/content/early/2019/11/20/jem.20191130

製版人：珂

參考文獻

1. Haber, A. L. et al. A single-cell survey of the small intestinal epithelium. Nature 551, 333-339, doi:10.1038/nature24489 (2017).

2. Smillie, C. S. et al. Intra- and Inter-cellular Rewiring of the Human Colon during Ulcerative Colitis. Cell178, 714-730 e722, doi:10.1016/j.cell.2019.06.029 (2019).

3. Ayyaz, A. et al. Single-cell transcriptomes of the regenerating intestine reveal a revival stem cell.

閱讀更多 BioArt 的文章

關鍵字: 修正你的養生誤區 技術 腸段