单细胞测序研究——肠/消化道篇

肠道是人体重要的消化器官，也是人体最大的屏障器官，与肠道菌群共生协调营养需求和免疫。人体大部分免疫细胞，如巨噬细胞、T细胞、NK细胞等都集中在肠道，而其他的解毒系统，如肝脏、外周血、淋巴系统等，都需要肠道提供的营养来生存，肠道运动支持了整个生命活动。成人肠的高周转率和再生能力依靠干细胞和祖细胞，通过分化维持上皮细胞完整性。多种相互关联的细胞类型构成成熟的肠和其独特的形态。在健康的肠粘膜中，来自不同腔室的细胞相互作用以维持肠的屏障功能。在肠道研究中，单细胞测序在细胞图谱构建、稀有细胞类型鉴定、发育、肿瘤微环境等方面均取得了重大进展。

本文对部分将单细胞测序技术应用于探索肠道形态随时间变化的特征、结直肠癌肿瘤免疫反应的调控规则、克罗恩病肠病（CD）肠道免疫系统状态、人肠道不同部位的营养吸收偏好等相关文献进行导读，希望为大家的单细胞相关研究带来启发。

肠道胶质细胞异质性调节肠道干细胞生态位

研究目的：利用单细胞RNA测序确定肠神经胶质细胞（EGC）作为干细胞生态位的作用

样本信息：小鼠和人类肠粘膜组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：25,327个细胞 (鼠6,559个+人18,678个)

结论：EGC在稳态和慢性炎症性肠病（IBD）中具有异质性调控，肠道干细胞(ISCs)的修复潜力是由一个特定的胶质纤维酸性蛋白(GFAP)+ EGCs亚群调节。损伤会诱导GFAP+ EGCs的扩张，GFAP+ EGCs通过表达多种WNT配体促进LGR5+ ISC的自我更新。

单细胞分辨率下人肠道发育的时空分析

研究目的：运用单细胞RNA测序和空间转录组学探讨肠道形态随时间变化的特征

样本信息：胚胎肠道样本（不同的发育时间点和组织位置）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）+单细胞空间转录组（ST）

捕获细胞数：17,622个细胞

结论：确定了101个细胞状态，包括上皮和间充质祖细胞群以及与关键形态发生学相关的程序，描述了隐窝-绒毛轴的形成，神经、血管、间充质的形态发生以及发育中的肠道免疫群体。确定了发育为成纤维细胞和成肌纤维细胞亚型的分化层次及其功能，揭示了Peyer斑和肠道相关淋巴组织（GALT）的起源，并描述了特定于位置的免疫程序。

人结直肠癌中空间组织的多细胞免疫中心

研究目的：运用单细胞RNA测序探讨癌症免疫反应的调控规则

样本信息：人结直肠癌样本（错配修复缺陷MMRd/错配修复支持MMRp）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：371,223个细胞

结论：结直肠肿瘤中存在广泛的转录和空间重构。不同细胞类型的表达程序在受影响个体的肿瘤中共同变化，是恶性细胞和免疫细胞相互作用的枢纽。肿瘤内存在一个富含MMRd的免疫中心，其中有活化的T细胞，以及表达T细胞吸引趋化因子的恶性和骨髓细胞。

单细胞分辨率绘制人类肠道小生境的发展图谱

研究目的：利用单细胞RNA测序探索人肠道干细胞生态位的自我更新和发展

样本信息：人肠道组织（受孕后7-21周）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：24,783个细胞

结论：粘膜平滑肌细胞靠近增殖隐窝，是WNT和RSPONDIN配体的来源，而表皮生长因子在绒毛上皮中远离隐窝表达。相反，PDGFRA/F3/DLL1间充质细胞群体系于隐窝-绒毛轴，是表皮生长因子(EGF)家族成员NEUREGULIN1 (NRG1)的来源。NRG1通过分泌谱系的分化增加了细胞多样性。

克罗恩病组织的单细胞分析揭示了肠上皮内T细胞的异质性和亚群分布的改变

研究目的：运用单细胞RNA测序探索CD患者肠道免疫系统状态

样本信息：人克罗恩病（CD）患者的肠道组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：15,731个细胞（CK 8822个+ CD 6909 个）

结论：CD患者肠道上皮内淋巴细胞（IEL）包含几个独特的T细胞亚群，包括表达RORγT的NKp30γδT细胞，并在NKp30参与时产生IL-26。患者炎症组织中激活的T17增加，但CD8T、γδT、T和Treg细胞减少。跨壁炎症、减少的IELγδT细胞和改变的IEL和LP T细胞亚群的空间分布之间存在潜在联系。

 人肠道细胞的时空映射

研究目的：运用单细胞RNA测序探索人体肠道的细胞景观

样本信息：健康儿童和成人肠道中的11个不同解剖区域

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：428,000个细胞

结论：在整个人类肠道中存在转录上不同的BEST4上皮细胞。肠小簇细胞具有IgG传感功能。神经细胞群存在于发育中的肠神经系统中，先天性巨结肠疾病相关的细胞具有特异性基因表达。在人类早期发育中驱动次级淋巴组织形成的关键细胞程序在炎症性肠病中被采用，以招募和保留炎症部位的免疫细胞。

不同的间充质细胞群产生肠道必需的BMP信号梯度

研究目的：利用单细胞RNA测序探索结肠骨形态发生蛋白（BMP）梯度变化的细胞来源

样本信息：小鼠肠道组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：3,763个细胞

结论：鉴定了三种不同的PDGFRA间充质细胞类型。PDGFRA(hi)的端细胞在绒毛基部特别丰富并提供BMP的贮存库。一个CD81的PDGFRA(lo)群体出现在隐窝下方，分泌BMP拮抗剂Gremlin1。这些细胞被称为滋养细胞，在体外无需额外的营养支持就足以扩大肠道干细胞（ISCs），并有助于ISCs在体内的维持。

单细胞转录组分析揭示人体肠道不同的营养吸收功能

研究目的：利用单细胞RNA测序探索人肠道不同部位的营养吸收偏好

样本信息：人肠道组织（回肠、结肠、直肠）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：14,537个细胞

结论：人体小肠和大肠具有不同的营养吸收偏好，大肠中存在Paneth样细胞。人体瞬时扩增细胞和杯状细胞的潜在新标记基因得到鉴定，人和小鼠回肠上皮细胞景观的共同和差异特征得到描绘。

儿童发作性结肠炎和IBD的粘膜特征揭示了常见病因和治疗途径

研究目的：利用单细胞RNA测序探索儿童发作性结肠炎和炎症性肠病（IBD）亚型病因

样本信息：儿童结肠组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：73,165个细胞

结论：在未分化结肠炎、克罗恩病和溃疡性结肠炎患儿中，环腺苷酸（cAMP）反应信号受损为常见发病机制。儿童结肠炎和IBD患者中，表达PDE4B和TNF的巨噬细胞浸润、表达CD39的上皮内T细胞数量减少、结肠粘膜血小板聚集和5-羟色胺释放。使用磷酸二酯酶抑制剂潘生丁靶向这些途径，可恢复免疫稳态，改善结肠炎症状。

溃疡性结肠炎期间人体结肠细胞内和细胞间的重组

研究目的：通过单细胞RNA测序了解溃疡性结肠炎(UC)的细胞类型特异性和作用途径

样本信息：人体结肠组织（18名UC患者+12名健康对照）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：366,650个细胞

结论：揭示了结肠组织中51个上皮细胞、基质细胞和免疫细胞亚群，包括BEST4肠细胞、微褶样细胞和IL13RA2IL11炎性成纤维细胞，这与抗肿瘤坏死因子治疗的耐药性有关。炎症成纤维细胞，炎症单核细胞，微褶样细胞，以及共同表达CD8和IL-17的T细胞随着疾病而扩展，形成细胞间相互作用中心。许多UC风险基因是细胞类型特异性的，在相对较少的基因模块中共同调控，表明其趋同于有限的细胞类型和通路。