研究背景

小肠是一个高度结构化的器官，由重复的隐窝-绒毛单位组成。鼠类小肠在隐窝-绒毛轴上存在基因表达的显著差异。成年人肠道是否也存在类似的空间异质性尚不清楚。

摘要

这项研究构建了成人人体近端小肠的空间表达图谱（CODEX+Visium技术），揭示了上皮细胞、间质细胞和免疫细胞在不同区域的表达差异和功能特性。研究发现，小肠绒毛底部的细胞主要参与脂滴组装和铁的吸收，而绒毛尖端的细胞则负责乳糜微粒的合成和铁的释放。与小鼠不同，人类小肠绒毛尖端表现出免疫原性，吸引 γδ T 细胞和巨噬细胞聚集，而非免疫抑制。此外，研究还发现了人类小肠丰富的锯齿状和分支状绒毛，这些绒毛主要分布在环形皱褶的顶部，增加了小肠的表面积。这项研究为理解成人人体小肠的生物学特性提供了详细的资源。

研究技术

1. 入组样本：8例成年患者非疾病性近端小肠组织样本。

2. 使用10x Visium空间转录组学进行基因表达分析（成年人类小肠结构、隐窝-绒毛轴上的基因表达分区、细胞类型分布、人类小肠与小鼠小肠的差异）

3. 使用CODEX进行蛋白质组学分析（确定了18种主要的细胞类型以及细胞类型在隐窝-绒毛轴和基质-上皮轴上的空间分布，发现了一些细胞类型的特征性蛋白质，揭示了免疫细胞在绒毛尖端的空间分布和内皮细胞和成纤维细胞在基质-上皮轴上的分层组织，以及绒毛尖端对γδ T细胞和巨噬细胞的招募/激活信号）

4. 使用单分子荧光原位杂交进行基因定位

5. 将空间转录组学与H&E图像相结合，提取隐窝-绒毛轴和基质-上皮轴上的分区模式。

研究结果

1、成人人体近端小肠的空间图谱

研究发现，小肠上皮细胞、间质细胞和免疫细胞在小肠绒毛的不同区域表现出显著的空间异质性。这与小鼠小肠的研究结果有所不同，尤其是在免疫细胞类型和免疫招募信号方面。研究确定了多个在小肠绒毛不同区域特异性表达的基因，包括吸收细胞、分泌细胞、转录因子和表面标记。

2、隐窝-绒毛轴上的基因表达分区

绒毛底部细胞主要进行铁摄取和微营养素吸收，表达与这些功能相关的基因。

绒毛尖端细胞主要进行乳糜微粒生物合成和宏营养素吸收，表达与这些功能相关的基因。

绒毛尖端细胞还具有促免疫原性，表达与免疫相关的基因。

3、人类小肠与小鼠小肠的差异

研究发现，人类和小鼠的肠上皮细胞分区存在一些差异，人类小肠绒毛具有锯齿状和分支状结构，而小鼠小肠绒毛是直的；人类小肠绒毛尖端细胞具有促免疫原性，而小鼠小肠绒毛尖端细胞具有免疫抑制功能；人类小肠绒毛尖端细胞富含γδ T细胞和巨噬细胞，而小鼠小肠绒毛尖端细胞富含T细胞受体链。

4、间质和免疫细胞分区

研究确定了不同类型的间质细胞和免疫细胞在小肠绒毛中的空间分布：浆细胞主要分布在绒毛底部，巨噬细胞和T细胞主要分布在绒毛顶部，γδ T细胞在人类绒毛顶部富集，并与其他免疫细胞共同招募巨噬细胞。

5、锯齿状绒毛的特征

研究发现，人类小肠含有丰富的锯齿状和分支绒毛，这些绒毛主要分布在圆形皱褶的顶部，并具有增加肠道表面积的功能。

【参考文献】Harnik Y, Yakubovsky O, Hoefflin R, et al. A spatial expression atlas of the adult human proximal small intestine. Nature. 2024 Aug 7.