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JEM | 科研团队合作揭示人不同肠段功能差异
发布时间:2019-11-23

2019年11月21日,广州再生医学与健康广东省实验室马普中心主任、清华大学教授陈晔光课题组、清华大学杨雪瑞课题组及北京大学第三医院付卫课题组合作,在Journal of Experimental Medicine上在线发表了题为Single-cell transcriptome analysis reveals differential nutrient absorption functions in human intestine的研究论文。揭示了人体回肠、结肠和直肠上皮细胞的基因表达图谱,比较了不同肠段在营养物质吸收,激素分泌及免疫抵抗等方面的功能差异,并揭示人和小鼠回肠在基因保守性方面的异同。


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消化道在营养物质消化吸收、抵抗致病菌入侵、激素分泌、废物排泄等方面发挥着重要作用,消化道上皮细胞作为这些功能的主要执行者,其细胞组成及功能在不同肠段存在较大差异。随着单细胞测序技术的发展,单细胞图谱分析阐明了小鼠小肠上皮细胞组成,揭示了人体肠炎特定风险基因对应的细胞种类和信号通路,但对于不同肠段细胞组成的异同及功能水平的差异并不清楚。

该研究共收集来自三个不同肠段的14537个肠道上皮细胞进行单细胞转录组测序,通过已知的标志基因对细胞进行相应分群,得到人体不同肠段肠上皮细胞基因表达图谱。进一步分析及实验验证了特定基因的表达,如NUSAP1在TA(transient amplifying)细胞中特异表达,而ITLN1 在杯状细胞中特异表达,同时也确定了类似潘氏细胞(Paneth-like)存在于人体大肠上皮中。基于特定肠段细胞类群的基因表达谱,发现了同类群细胞在不同肠段的基因表达图谱及功能可能有不同:例如Ayyaz等报道的一类独特肠干细胞基因Clusterin,在人回肠上皮干细胞中普遍表达,而在大肠上皮干细胞中基本不表达。


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虽然对营养物质在不同肠段的吸收已有一定了解,但对于不同类型营养具体组分的吸收仍不太清楚。通过对肠上皮不同转运蛋白的分析,揭示人体小肠及大肠的营养物质吸收的具体差异:如氨基酸中的精氨酸、缬氨酸及色氨酸等主要在小肠中被吸收,核苷及有机酸中的胆碱主要在大肠中被吸收。而内分泌功能方面的分析表明,相关激素Secretin、Neurotensin、Cholecystokininyou由小肠分泌,而大肠主要分泌INSL5 (Insulin-like 5)、PAM(Peptidylglycine Alpha-Amidating Monooxygenase)、PYY  (Peptide YY) 等为主。

比较小鼠与人类之间存在的物种异质性与保守性,对基础科学及临床研究具有重要意义。该研究通过对比分析小鼠与人类回肠基因表达图谱,得到不同细胞类型的保守基因及物种之间的差异基因,为后续的研究提供较好的数据基础。

综上,该研究提供了人类不同肠段的单细胞转录组图谱,多方面分析不同肠段之间的功能差异,对比分析了人鼠回肠上皮细胞的异质性,为深入了解肠道功能和相关疾病发生机制提供了重要的数据资源。


原文链接:

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


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