陈晔光/杨雪瑞/付卫合作组揭示人不同肠段功能差异

来源：BioArt

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【1】，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【2】，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。

2019年11月21日，清华大学陈晔光和杨雪瑞课题组及北京大学第三医院付卫课题组一起合作，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。

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【3】，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。

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

参考文献

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. Cell 178, 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. Nature 569, 121-125, doi:10.1038/s41586-019-1154-y (2019).