PNAS发现需要细胞团队合作才能治愈肠道

在动物模型中，通过细致的单细胞分析方法研究轮状病毒引起的损伤的修复过程，发现受损的上皮细胞包含多种类型的细胞，这些细胞通过广泛的协调反应参与修复，最终修复受损组织。

　　

贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的研究人员发现了一幅更详细的图片，展示了感染轮状病毒后肠道上皮细胞(肠道的内层)如何自我修复。一种细致的单细胞分析方法在动物模型中研究修复过程，发现受损上皮包含多种类型的细胞，这些细胞通过广泛的协调反应参与修复，最终修复受损组织。

研究人员还意外发现，肠上皮细胞是轮状病毒感染的典型细胞类型，除此之外，肠上皮中的另一种细胞类型簇状细胞也会被感染，并可能有助于上皮细胞受损后的修复反应。发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的这一发现，不仅让人们更好地了解了轮状病毒感染后的愈合过程，还可能为了解病毒如何致病提供新的线索。

消化道疾病每年影响大约6000万美国人。这些情况通常与上皮细胞受损有关，损害了其功能，包括食物的消化和营养物质的吸收，并影响整体健康，”联合通讯作者、贝勒大学分子病毒学和微生物学副教授Sarah Blutt博士说。

研究人员在这个项目上的目标是有助于更好地了解轮状病毒在小鼠模型中造成肠上皮损伤后的修复过程。这种病毒每年造成约1.79亿例急性肠胃炎病例，约128 000人死亡，尤其是儿童。深入了解细胞对感染造成的损伤的反应细节，可以改进治疗方法。

肠道愈合需要团队合作

肠子的内表面排列着一层上皮细胞，这些细胞可以折叠多次，形成许多纤细的手指状突起，称为绒毛，绒毛之间有隐窝。轮状病毒感染并杀死位于绒毛顶端的肠细胞。

Blutt说:“我们知道，绒毛顶端的损伤会迅速传递给隐窝中的干细胞，刺激它们分裂并发展成修复绒毛顶端损伤所需的特殊细胞。”

为了进一步观察上皮细胞是如何愈合的，研究小组应用了一项相当新的技术，单细胞转录组学，以确定哪些基因在细胞顶端和隐窝之间的所有细胞的单细胞水平上表达。绒毛周围有许多不同类型的细胞，包括簇状细胞、杯状细胞、肠内细胞和干细胞，每一种细胞都有特定的功能。

“我们的分析揭示了一个复杂的细胞景观，其特征是细胞群具有特定的转录组特征，这不仅取决于细胞类型，也取决于细胞沿着绒毛的位置，”第一作者Carolyn Bomidi说，她是贝勒玛丽埃斯蒂斯博士实验室的高级研究助理。“例如，在不同位置发现的相同细胞类型可能具有不同的转录组特征。”

研究人员的发现也支持了再生如何发生的新图景。他们发现，作为对绒毛顶端损伤的反应，隐窝的干细胞亚群更频繁地分裂，并发育成许多未成熟的肠细胞，这些肠细胞迁移到绒毛顶端，取代那些被轮状病毒损伤的肠细胞。

轮状病毒的意外宿主

Blutt、Bomidi和他们的同事惊讶地发现，在簇状细胞内发现了轮状病毒的遗传物质，这种细胞类型以前没有报道过支持轮状病毒感染。

博米迪说:“考虑到肠上皮细胞中很少有簇状细胞，我们能够检测到这种病毒是令人兴奋的。”“轮状病毒感染的簇状细胞增加了特定基因的表达，包括免疫反应基因，这表明它们能够产生抗病毒反应，并有助于感染后的过程。”

总之，这些发现提供了证据，表明轮状病毒感染刺激了干细胞驱动的修复程序，簇状细胞参与其中，导致未成熟肠细胞的产生，修复受损的上皮细胞。

“我最兴奋的是，这是首个关于人类肠道病毒感染后单细胞转录本特性的报告，”Blutt说。“我们认为，这对参与胃肠研究的研究人员来说是一个有价值的信息资源，可以了解每一种细胞类型在病毒感染的情况下如何反应。”

“我预计，这种方法也将提供新的工具，以调查轮状病毒和其他感染性或炎症条件如何导致疾病的未解问题，”共同通讯作者玛丽·埃斯蒂斯博士说，她是Cullen主席和贝勒分子病毒学和微生物学教授。

DOI

10.1073 / pnas.2112814118

文章标题

Single-cell sequencing of rotavirus-infected intestinal epithelium reveals cell-type specific epithelial repair and tuft cell infection