由斯坦福大学医学院的研究人员领导的一个研究小组绘制了人类肠道的图谱，精确到单个细胞的水平，揭示了不同细胞类型的邻居如何共同促进健康的消化。
当你想到理想的社区时，也许你会想到绿树成荫的街道，或者一个相互帮助的紧密社区。你可能不会想到你的消化系统。
但根据斯坦福大学医学院研究人员领导的一组科学家的研究，确实有不同细胞类型的“社区”合作消化你的食物，保护你免受感染，这些社区构成了一幅新的超高分辨率图谱，证明了你的肠道在功能上和视觉上都令人印象深刻。
就像人类的社区有不同数量的街道、餐馆和房屋等共同元素一样，细胞社区是由不同数量的具有特定功能的细胞类型组成的。通过结合几种新的成像和测序技术，研究人员能够将这些区域映射到单个细胞的水平。
“这是第一次有人在单细胞水平上绘制肠道的空间图，”遗传学教授兼主席、该研究的共同资深作者Michael Snyder博士说，“这有点像探索一颗新行星，因为我们不知道我们会发现什么类型的细胞，也不知道它们是如何组织的。”
绘制肠道图
来自斯坦福医学院和其他机构的多个实验室的研究人员参与了这项新的测绘工作，这是美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)建立的人类生物分子图谱计划(Human biommolecular Atlas Program)的一部分。参与该项目的科学家们旨在绘制一幅全面的人体细胞图谱。
为了绘制肠道图谱，科学家们检查了9名已故捐赠者小肠和大肠的8个区域。使用一种称为CODEX的技术，该技术涉及用荧光抗体(结合某些蛋白质并使成像的物质)反复染色和洗涤组织，研究人员根据每种细胞类型的相对丰度确定了20种不同的细胞邻域。从一些样本中对RNA和染色体物质进行额外的分子分析，为每种细胞类型提供了更详细的信息。
“我们的图谱旨在为健康肠道提供参考，我们可以用它来比较从肠易激病到早期结肠癌的所有疾病，这将为我们了解各种消化系统疾病奠定基础。”
特化细胞的邻居
大约20英尺长，肠道从食物中吸收营养，保护身体免受入侵微生物的侵害，同时也保持有益细菌的健康平衡，帮助消化。
为了完成这些任务，肠道使用各种类型的细胞，包括构成肠内膜的上皮细胞、结缔组织细胞、神经细胞和免疫细胞。有了新的地图，科学家们能够确定每种细胞类型的位置以及它们与哪些其他细胞相关联。
“观察单个细胞的存在或缺失并不能告诉你很多东西，细胞是如何组合在一起的，这决定了它们的功能。”
研究人员还想了解整个消化道中健康组织的组织结构是如何变化的，从靠近胃的地方到靠近直肠的地方。“一个地区的正常情况可能是另一个地区疾病的征兆，”该论文的第一作者John Hickey博士说。
一些社区，比如由平滑肌细胞(控制不自主运动)主导的社区，在结肠末端变得更常见，而其他主要由免疫细胞组成的社区则变得不那么常见。
BMI与高血压的关系
除了为健康组织提供参考外，新的图谱还揭示了一些有趣的临床联系。例如，研究人员发现，身体质量指数较高的供体M1巨噬细胞数量大大增加，这是一种与炎症相关的免疫细胞。
John Hickey说:“身体质量指数较高的人，尤其是超过一定水平的人，患胃肠道疾病的风险更高。这些疾病中的许多都与慢性炎症有关。即使这些捐赠者没有胃肠道疾病史，巨噬细胞的增加也可能是疾病前过程的一个指标。”
有高血压病史的供者体内的另一种免疫细胞(CD8 T细胞)也较少，这种细胞在寻找和摧毁可能存在的癌细胞方面发挥着作用。通过空间图，研究人员能够看到CD8 T细胞在肠上皮细胞内的一个特定区域缺失。
“这是一个出乎意料但很重要的结果，因为我们知道免疫系统通过清除恶性细胞在预防癌症方面发挥着作用。如果你的CD8 T细胞更少，你患癌症的风险可能更高。”事实上，研究还表明高血压患者更容易患结直肠癌。
未来的发展方向
在这项研究中，所有九个样本都来自成年捐赠者，大多数是白人和男性。“我们下一步最大的目标之一就是增加样本的多样性，我们的目标是得到一个更全面的个人集合，包括多个种族背景和年龄组。”
科学家们还希望绘制出肠道的三维地图，这将有助于他们更好地观察健康肠道中的神经和血管网络。
Nolan说:“在你了解什么是正常的情况之前，你无法理解功能障碍。”
参考文献
Organization of the human intestine at single-cell resolution
