麻省理工和哈佛大學共同揭示腸神經系統的單細胞圖譜

2020-12-09 澎湃新聞

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作者：Cathy

導言：何為「腸道」，難道僅僅是用來消化的一根「管子」？事實上，腸道的某些能力完勝所有其他器官，甚至可與大腦媲美。它有自己獨立的神經系統，稱為腸神經系統（enteric nervous system，ENS），也常被稱為「第二大腦」。

腸神經系統（ENS）協調消化、腸道運動和對有害刺激的反應等幾乎所有活動，並將信號從腸道傳遞到大腦，但它們既稀少又脆弱，難以分離和研究。

而現在，麻省理工學院和哈佛大學旗下博德研究所，以及麻薩諸塞州總醫院的研究團隊已經克服了這些挑戰，他們開發了新的方法成功生成人和小鼠的ENS單細胞圖譜。研究結果表明，ENS是連接腸道、免疫系統和中樞神經系統的中央樞紐，並且在腸道過敏、炎症和運動障礙以及影響大腦的疾病中起著重要作用。

9月3日，該研究發表在《Cell》雜誌，由博德研究所的Eugene Drokhlyansky, Christopher Smillie, 和 Nicholas Van Wittenberghe共同領導，題為「The Human and Mouse Enteric Nervous System at Single-Cell Resolution」。

在該研究中，通過分析這些單個神經元中的基因活性，科學家推斷腸道中的神經元可以與多種其他類型的細胞進行交流，包括免疫細胞。他們還發現與疾病有關的關鍵基因也在這些細胞中表達。

該研究的共同通訊作者，博德研究所成員Ramnik Xavier表示：「通過研究ENS中發生的情況，我們可以更好地了解該系統如何與上皮細胞、免疫細胞和其他細胞進行交流，並在整個系統內開發出治療功能障礙的新方法。」

圖解摘要

單細胞捕獲

對腸道神經元的研究一直具有挑戰性，一部分原因是它們稀少、脆弱，並且難以與周圍組織分離。

為了克服這些障礙，研究小組設計了兩種新方法以單細胞解析度研究小鼠和人類的ENS：RAISIN RNA-seq和MIRACL-seq。RAISIN（核糖體和完整單核）RNA-seq是一種分離單個細胞的實驗室協議，它既保留了細胞核，又保留了附著在細胞上的核糖體（細胞的蛋白質製造機器），從而能夠更全面地觀察細胞內的RNA。然後，MIRACL-Seq（挖掘稀有細胞）使研究人員能夠更有效地搜索稀有細胞類型，並在分離複雜的組織樣本後收集它們。

這些技術使研究小組能夠描繪出5068個老鼠和1445個人類腸道神經元，以及這兩個物種的不同腸道細胞類型。研究人員可以將這些方法應用於新鮮和冷凍的組織標本，並可以使用該技術來分析腸道以外一系列組織中的稀有細胞類型。

該研究的共同通訊作者Orit Rozenblatt-Rosen說：「我們團隊在開發這些新技術方面的創造力和持續性，使我們能夠建立並驗證一個全面的腸道神經系統圖譜，包括小鼠和人類。這些數據將使我們能夠更好地了解腸神經系統在多種疾病中的作用，並確定導致這些疾病的遺傳危險因素所作用的細胞類型。」

在ENS內部

研究小組的分析揭示了腸神經系統中數十個不同的神經元亞群，並顯示這些細胞的組成及其基因表達隨腸道解剖區域、年齡、甚至一天中取樣時間的不同而不同。

數據還表明不同亞型的神經元和周圍細胞之間存在多個新的迴路。腸神經元與免疫系統之間的聯繫可能有助於指導未來關於神經系統如何參與胃腸道疾病以及為什麼某些中樞神經系統疾病（例如自閉症譜系障礙和帕金森氏病）會以腸道功能障礙作為早期症狀。

Xavier說，研究這些腸道神經元可以對腸易激綜合症，腸道過敏性疾病和無法解釋的腸道神經病變（消化系統神經受損或退化）產生新的見解。

他還表示：「在許多方面，腸神經元可以比作樂團的指揮。例如，對食物過敏的病人通常會在很短的時間內出現腹痛、噁心、嘔吐和腹瀉，這表明腸道神經元已經感覺到不對勁，並激活了一個早期預警系統。針對這些細胞進行潛在的治療，或許能減輕人體對食物等過敏原的反應。」

參考：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-09-single-cell-atlas-nerve-cells-gut.html

【2】https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30994-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867420309946%3Fshowall%3Dtrue

【3】https://www.sohu.com/a/352989162_573733

原標題：《【Cell】麻省理工和哈佛大學共同揭示腸神經系統的單細胞圖譜》

閱讀原文

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