斯坦福大学科学家发现肠道中的细胞"邻居"

这些图像采用先进的成像技术制作而成，使我们能够研究人类肠道中的细胞。利用显微镜和机器人技术的结合，这些科学视觉图像为我们提供了一扇窗口，让我们得以了解错综复杂的细胞多样性世界。图像中的各种颜色代表了不同细胞类型中表达的特定分子。这些分子（如蛋白质）在决定肠道内每个细胞的身份和功能方面起着至关重要的作用。通过用不同颜色"描绘"或"标记"特定细胞，我们可以深入了解肠道内复杂的相互作用和结构。在这张特殊的图片中，每种颜色对应一种特定的分子，提供了不同细胞类型或结构的存在和分布信息。图片来源：斯坦福大学医学院/斯奈德实验室/诺兰实验室/格林里夫实验室

就像人类社区拥有街道、餐馆和房屋等共同元素一样，细胞社区也是由不同数量、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邻域绘制到单个细胞的水平。

"这是第一次有人绘制出单细胞水平的肠道空间图，"遗传学教授兼主席、该研究的共同第一作者迈克尔-斯奈德博士说，他的论文于7月19日发表在《自然》杂志上。"这有点像探索一个新的星球，因为我们不知道到底会发现什么细胞类型，也不知道它们是如何组织的。"

绘制肠道图

来自斯坦福大学医学院和其他机构多个实验室的研究人员参与了这项新的绘图工作，这是美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）发起的人类生物分子图谱计划（Human BioMolecular Atlas Program）的一部分。该计划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，科学家们检查了九名已故捐献者的小肠和大肠的八个区域。研究人员使用了一种名为"索引联合检测"（CODEX）的技术，即用荧光抗体（能与某些蛋白质结合并成像的物质）反复染色和清洗组织，根据每种细胞类型的相对丰度确定了20个不同的细胞邻域。

人类肠道细胞。资料来源：斯坦福大学医学院/斯奈德实验室/诺兰实验室/格林里夫实验室

对一些样本中的RNA和染色体材料进行的额外分子分析提供了每种细胞类型中更多的细节。

斯坦福大学W. Ascherman医学博士、FACS遗传学教授斯奈德说："我们的图谱旨在作为健康肠道的参考，我们可以用它来比较从肠易激综合症到早期结肠癌等各种疾病。这将为我们了解各种消化系统疾病奠定基础。"

肠道大约有 20 英尺长，它吸收食物中的营养，保护人体免受微生物的入侵，同时还能保持有助于消化的有益细菌的健康平衡。

为了完成这些任务，肠道使用了多种类型的细胞，包括构成肠道内壁的上皮细胞、结缔组织细胞、神经细胞和免疫细胞。有了新的地图，科学家们就能确定每种细胞类型的位置，以及它们与哪些其他细胞有关联。细胞如何组合在一起决定了它们的功能。

基因组学和个性化医学中心主任斯奈德和遗传学教授威廉-格林里夫博士共同领导了这项研究。

人类肠道细胞。资料来源：斯坦福大学医学院/斯奈德实验室/诺兰实验室/格林里夫实验室

研究人员还想观察从靠近胃部到靠近直肠的整个消化道中，健康组织的组织结构是如何变化的。微生物学和免疫学博士后、论文第一作者约翰-希基（John Hickey）博士说："一个区域的正常现象可能是另一个区域的疾病征兆。"

一些邻域，如平滑肌细胞（控制不自主运动）占主导地位的邻域，在结肠末端变得更加常见，而主要由免疫细胞组成的其他邻域则变得不那么常见。

与体重指数和高血压的关系

除了为健康组织提供参考外，新地图还揭示了一些有趣的临床联系。例如，研究人员发现，体重指数较高的捐献者体内M1巨噬细胞的数量大大增加，这是一种与炎症相关的免疫细胞。

"体重指数较高的人，尤其是超过一定水平的人，患胃肠道疾病的风险较高，"希基说。"其中许多疾病都与慢性炎症有关。尽管这些捐献者没有胃肠道疾病史，但巨噬细胞的增加可能是疾病前过程的一个指标。"

有高血压病史的捐献者体内的另一种免疫细胞（CD8 T细胞）也较少，这种细胞在寻找和消灭可能的癌细胞方面发挥作用。通过空间分布图，研究人员发现，在肠道内壁上皮细胞的一个特定邻域中，CD8 T细胞不见了。

希基说："这是一个出乎意料但却很重要的结果，因为我们知道免疫系统通过剪除恶性细胞起到了预防癌症的作用。如果 CD8 T 细胞较少，患癌症的风险可能会更高。事实上，研究表明，高血压患者更容易罹患结直肠癌。"

未来方向

在这项研究中，所有九个样本都来自成人捐献者，而且大多数是白人和男性。斯奈德说："我们下一步最大的目标之一就是增加样本的多样性，获得更全面的个体，包括多种种族背景和年龄组。"

科学家们还希望绘制肠道的三维图，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。