治愈肠道需要细胞合作

贝勒医学院的研究人员发现了肠道上皮细胞(肠道内壁)在感染轮状病毒后如何自我愈合的更详细的图像。一种细致的单细胞分析方法在动物模型中研究修复过程，揭示了受损上皮细胞包含多种类型的细胞参与修复，通过广泛的协调反应，最终愈合受损组织。

研究人员还意外地发现，除了肠上皮细胞(通常被轮状病毒感染的细胞类型)外，肠上皮细胞中的另一种细胞类型簇绒细胞(tuft cells)也被感染，并可能有助于上皮细胞损伤后的修复反应。该研究结果发表在《科学》杂志上美国国家科学院院刊，不仅提供了对轮状病毒感染后的愈合过程的更好理解，而且还可能为该病毒如何致病提供新的线索。

“消化道疾病每年影响大约6千万美国人。这些情况通常与上皮细胞损伤有关，损害其功能，包括食物消化和营养吸收，并影响整体健康，”共同通讯作者说莎拉·布鲁特博士，副教授分子病毒学和微生物学贝勒。

研究人员在这个项目上的目标是更好地理解轮状病毒在小鼠模型中引起的肠上皮损伤后的修复过程。这种病毒每年造成约1.79亿例急性胃肠炎病例，约12.8万人死亡，特别是儿童。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

肠的内表面排列着一层上皮细胞，它折叠多次，形成许多细长的手指状突起，称为绒毛，绒毛之间有隐窝。轮状病毒感染并杀死驻留在绒毛尖端的肠上皮细胞。

Blutt说:“我们知道，尖端的损伤会迅速传递给隐窝中的干细胞，刺激它们分裂并发育成修复绒毛尖端损伤所需的特化细胞。”

为了更深入地了解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，以确定在尖端和隐窝之间的所有细胞中，哪些基因在单细胞水平上表达。绒毛上有许多不同类型的细胞，包括簇状细胞、杯状细胞、肠细胞和干细胞，每种细胞都有特定的功能。

第一作者说:“我们的分析揭示了一个复杂的细胞景观，其特征是具有特定转录组谱的细胞集群，不仅取决于细胞类型，还取决于细胞沿绒毛的位置。卡洛琳Bomidi，高级研究助理玛丽·埃斯蒂斯博士的实验室贝勒。“例如，在不同位置发现的同一种细胞类型可能具有不同的转录组谱。”

研究人员的发现也支持了再生过程的新图景。他们发现，为了应对绒毛尖端的损伤，隐窝处的干细胞亚群更频繁地分裂，并发育成大量未成熟的肠细胞，这些肠细胞迁移到绒毛尖端，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在簇状细胞中发现了轮状病毒遗传物质，这种细胞类型以前没有报道过支持轮状病毒感染。

Bomidi说:“考虑到肠上皮细胞中簇状细胞很罕见，我们能够检测到这种病毒的事实令人兴奋。”“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，轮状病毒感染刺激了由干细胞驱动的修复程序，并参与了簇状细胞，导致未成熟肠细胞的产生，修复受损的上皮细胞。

Blutt说:“我最兴奋的是，这是人类肠道病毒感染后单细胞转录物特性的第一份报告。”“我们认为这对参与胃肠道研究的研究人员来说是一种有价值的信息资源，可以了解每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来调查轮状病毒和其他感染性或炎症疾病如何导致疾病的未解问题，”共同通讯作者说玛丽·埃斯蒂斯博士卡伦主席和教授分子病毒学和微生物学贝勒。

参考:Bomidi C, Robertson M, Coarfa C, Estes MK, Blutt SE。轮状病毒感染的肠上皮单细胞测序揭示细胞类型特异性上皮修复和簇状细胞感染。PNAS．2021; 118(45)。doi:10.1073 / pnas.2112814118

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