今日Nature重磅发布：迄今最详细的肠道单细胞参考图谱 | 热心肠日报

Nature——[64.8]

① 结合单核RNA测序、单核染色质可及性测序、空间蛋白质组成像技术，在单细胞水平上绘制8个不同肠道区域的细胞组成、基因调控信息和空间分布图谱；② 肠道不同区域的细胞组成差异很大，有复杂的上皮亚型，并发现了潜在的新分泌细胞亚型；③ 绘制了大肠和小肠的空间层次结构网络图（细胞→邻区→群落→组织单位），揭示出不同细胞之间和多细胞结构之间的互作，突显了肠道中存在的不同免疫微环境；④ 鉴定出肠道不同区域的关键基因调控因子和肠细胞分化途径的差异，并将肠道疾病遗传性与特定细胞类型联系起来。

肠道是具有多种重要功能的“庞大”器官，这种功能多面性与肠道内多种多样的细胞和结构密不可分。Nature最新发表的来自HuBMAP计划的一项研究，对健康人的8个不同肠道区域组织样本进行单细胞水平的测序和成像分析，绘制了人类肠道的详细细胞图谱，描述了肠道在细胞组成、基因调控和组织结构方面的复杂性，为了解人类生物学和疾病提供了重要参考。（@mildbreeze）

Organization of the human intestine at single-cell resolution

2023-07-19, doi: 10.1038/s41586-023-05915-x

Journal of Hepatology——[25.7]

① 在两种非酒精性脂肪性肝病相关的肝癌（NAFLD-HCC）小鼠模型中，假长双歧杆菌耗损最多，而灌胃假长双歧杆菌可显著抑制两种模型小鼠NAFLD-HCC的形成；② 假长双歧杆菌代谢物乙酸盐会抑制NAFLD-HCC细胞增殖，诱导细胞凋亡，抑制体内NAFLD-HCC肿瘤形成；③ 机制上，假长双歧杆菌通过肠肝轴分泌抗肿瘤代谢物乙酸盐，进入门静脉到达肝脏，与肝细胞G偶联蛋白受体43（GPR43）结合；④ GPR43激活抑制IL-6/JAK1/STAT3信号通路，阻止NAFLD-HCC进展。

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是最常见的慢性肝病之一，影响全球25%的成年人。近日，香港中文大学于君及团队在Journal of Hepatology发表最新研究，通过动物实验发现假长双歧杆菌通过肠肝轴分泌抗肿瘤代谢物乙酸盐，对非酒精性脂肪肝-肝癌有保护作用。总之，该研究提示假长双歧杆菌是预防NAFLD-2型HCC的潜在益生菌，值得关注。（@九卿臣）

Bifidobacterium pseudolongum-generated acetate suppresses non-alcoholic fatty liver disease-associated hepatocellular carcinoma

2023-07-15, doi: 10.1016/j.jhep.2023.07.005

EMBO Journal——[11.4]

① 肠道菌群失调与阿尔茨海默症（AD）相关，也会通过调节紧密连接蛋白的亚细胞定位影响血-脑脊液（CSF）屏障功能；② 缺乏肠道菌群的小鼠会表现出与紊乱的紧密连接相关的血-CSF屏障通透性增加，但可通过肠道菌群重新定殖或补充SCFAs挽救；③ 迷走神经是肠道菌群影响血-CSF屏障功能的重要途径，SCFAs可独立收紧血-CSF屏障；④ 补充SCFAs可改善紧密连接在血-CSF屏障的亚细胞定位，并通过调节小胶质细胞活性显著减少β-淀粉样蛋白。

越来越多的证据表明，肠道菌群失调与血脑屏障（BBB）通透性增加有关，还会影响阿尔茨海默病（AD）的发病机制。近日，根特大学研究人员在EMBO Journal发表最新研究，发现肠道菌群及其代谢物会影响上皮细胞，而上皮细胞对于血脑脊液屏障的完整性至关重要。AD小鼠中受损的血脑屏障和血脑脊液屏障可以通过补充SCFA来挽救，且这种治疗可以抑制AD的病理学，值得关注。（@九卿臣）

Gut microbiota regulates blood-cerebrospinal fluid barrier function and Aβ pathology

2023-07-10, doi: 10.15252/embj.2022111515

Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle——[8.9]

① 移植年轻（12周，yFMT）或老年（88周）大鼠粪便给衰老大鼠，yFMT减轻老年大鼠的肌肉质量损失、肌肉力量减弱和肌肉功能损伤；② yFMT还可以对抗快速和慢速转换肌中与衰老相关的萎缩和较差的再生能力；③ yFMT改善衰老相关的肠道菌群和代谢物失调，通过增加杯状细胞的密度、粘蛋白-2和紧密连接蛋白的表达，预防衰老相关的肠道屏障完整性破坏；④ yFMT减轻与年龄有关的快、慢转换肌线粒体生物发生和功能损伤，或与肠道菌群和代谢物改变相关。

肠道菌群通过“肠道-肌肉”轴在肌少症的发展中发挥着关键作用，基于益生菌的治疗可能是肌少症患者的一种选择方案。华中科技大学的严红和刘利刚合作在Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle发表文章，发现将年轻大鼠的粪菌移植（yFMT）给衰老大鼠可重塑其肠道菌群和代谢产物的失调，维持肠道屏障的完整性，改善肌肉线粒体功能障碍，最终缓解老年大鼠的肌少症。yFMT可能是治疗衰老相关肌少症的一种新的治疗策略。（@章台柳）

Faecal microbiota transplantation from young rats attenuates age-related sarcopenia revealed by multiomics analysis

2023-07-13, doi: 10.1002/jcsm.13294

ACS Nano——[17.1]

① 成功开发4,6-二氨基-2-嘧啶硫醇修饰的金纳米粒子（D-Au NPs），并研究其对肠道线粒体的影响以及对线粒体代谢相关疾病的调节作用；② D-Au NPs可通过激活AMPK、调节PGC-1α及其下游信号（UCP2 和 DRP1），提高线粒体的抗氧化能力，调节线粒体代谢，并维持肠道细胞稳态，从而增强肠道屏障；③ D-Au NPs具有良好的生物安全性，且可用作治疗线粒体相关消化系统（如便秘）的药物。

肠道代谢相关疾病如便秘可能与肠道线粒体功能障碍有关，肠上皮细胞线粒体对于促进肠道蠕动、维持肠道代谢具有重要意义，因此改善线粒体功能是预防和治疗肠道代谢相关疾病所必需的。近日，南方科技大学蒋兴宇、中国地质大学周风山、中国农业科学院杜然联合中国科学院国家纳米科学中心查瑞涛在ACS Nano发表文章，发现配体修饰的金纳米颗粒可改善肠道线粒体功能、治疗便秘，本研究有助于开发治疗和预防线粒体代谢相关疾病的药物。（@圆圈儿）

Ligand-Modified Gold Nanoparticles as Mitochondrial Modulators: Regulation of Intestinal Barrier and Therapy for Constipation

2023-07-14, doi: 10.1021/acsnano.3c01656

Science Advances——[13.6]

① 来自胎儿和成人上皮组织的类器官虽然培养条件相同，形态相似，但转录组不同，即最初的发育状态不同；② 胎儿和成人状态在基因表达、增强子和启动子图谱有显著差异，这与两种细胞状态之间3D组织、DNA可及性和甲基化的局部变化有关；③ 持续性高YAP转录活性可维持未成熟的胎儿状态，而不会完全抑制在成体细胞中起作用的分化和代谢基因网络；④ YAP相关的转录网络在染色质结构的不同水平上受到调节，并可能与细胞外基质组成的变化相协调。

在肠道器官发生过程中，相同潜能的上皮祖细胞成熟为表型独特的干细胞，负责组织的终身维持。虽然与转变相关的形态学变化已经得到了很好的表征，但支撑成熟过程的分子机制还没有完全理解。Science Advances近期发表的文章，综合利用RNA表达、染色质可及性、DNA甲基化和三维（3D）染色质构象分析技术来阐释胎儿和成人肠道上皮干细胞——这两种发育状态的转录和调控景观。（@章台柳）

Transcriptional and epigenomic profiling identifies YAP signaling as a key regulator of intestinal epithelium maturation

2023-07-12, doi: 10.1126/sciadv.adf9460

Science Advances——[13.6]

① 利用小鼠胎儿和成人小肠类器官，发现胎儿和成人状态存在转录差异，且胎儿类器官（FEnS）中存在的罕见成人样细胞；② FEnS具有成熟且严格监管的内在潜力；③ FEnS中，通过CRISPR-Cas9筛选肠上皮成熟的转录调节因子并鉴定出Smarca4和Smarcc1对于保护胎儿状态至关重要；④ Smarca4和/或Smarcc1突变使胎儿肠祖细胞丢失其固有的未成熟特征，从而促进分化为具有簇细胞标记的成体样状态细胞。

功能成熟器官的生成需要对发育过程中控制细胞状态转变的转录程序进行精确控制。尽管在了解成体肠道干细胞及其后代的行为方面取得了进展，但控制成熟肠道表型出现的转录调节因子仍然很大程度上未知。近日，发表在Science Advances上的这篇文章，表明类器官模型在识别组织成熟过程中调节细胞命运和状态转变的因素中的效用，并首次基于类器官进行CRISPR-Cas9筛选并揭示SMARCA4和SMARCC1防止肠道发育过程中的早熟分化。（@圆圈儿）

An organoid-based CRISPR-Cas9 screen for regulators of intestinal epithelial maturation and cell fate

2023-07-12, doi: 10.1126/sciadv.adg4055

Developmental Cell——[11.8]

① 肠隐窝的平面细胞分裂可能不直接遵循长轴的几何规则，其纺锤体的方向与细胞形状的长轴几乎正交，且不对称地定位于顶端细胞域；② 动力蛋白调节极性复合物定位于有丝分裂细胞的基极，可能与纺锤体取向无关；③ 解聚运动蛋白介导的M期星体微管的长度限制，促进了类器官的主轴平面性；④ 3D模型预测和实验有力地支持星体微管长度限制引起肠隐窝的纺轴位置和平面方向；⑤ 延长星体微管的长度影响锤体平面度、细胞定位和隐窝结构。

平面纺锤体定向对上皮组织形成至关重要，通常由长细胞形状轴或皮层极性结构指示。Developmental Cell近期发表的文章，发现小鼠肠上皮细胞的细胞分裂方向不遵循典型极性线索的定位，并确定了一种基于微管长度限制的机制，该机制从有丝分裂细胞的顶端几何形状定向组织平面中的纺锤体。（@章台柳）

Length limitation of astral microtubules orients cell divisions in murine intestinal crypts

2023-07-06, doi: 10.1016/j.devcel.2023.06.004

Advanced Science——[15.1]

① 受绒毛启发，设计高纵横比的微柱装置基于微柱与肠绒毛间互锁以实现粘附的肠道滞留装置；② 通过有限元分析和建模仿真模拟评估，建立了MP-V模型和MAP-VP模型；③ 仿真结果提示MAP设计特征可能影响绒毛内MAP的机械联锁，尺寸间距接近天然绒毛的微柱阵列可实现机械互锁；④ 3D打印获得实体装置与人造绒毛进行滞留模拟，实验数据与仿真数据一致；⑤ 通过计算机模型继续优化参数以提高体内滞留表现，同时探讨加入肠液和肠粘膜因素后对该系统的影响。

这是发表在Advanced Science上的一份工作，作者受绒毛启发，基于原有的纵横比装置（1:1）设计了高纵横比（5:1）的微柱阵列装置用于肠道滞留。通过计算机模拟对装置细节和微柱尺寸间距进行了改善，使用3D打印出的实体装置验证了机械互锁效果，并通过计算机模型进一步调参优化装置效果。这份工作是仿生学应用的新实例，值得关注。（@Johnson）

Villi Inspired Mechanical Interlocking for Intestinal Retentive Devices

2023-07-14, doi: 10.1002/advs.202301084

NPJ Biofilms and Microbiomes——[9.2]

① 本文开发一种离体肠通透性方法(X-IPA)，将FITC-dextran输注到离体肠道管腔中，通过图像采集评估肠腔内外荧光强度以判断屏障完整性；② 使用X-IPA评估EGTA对肠道通透性的影响，确认可检测屏障活性和完整度以及细胞旁通透性；③ 使用已知可扰动或不可扰动肠屏障通透性的肠道细菌或代谢物，在X-IPA中获得验证性结果；④ X-IPA提供了一种全组织水平的肠道通透性检测手段，可检测24小时内小鼠肠通透性动态变化，但可能无法检测到跨上皮细胞转运。

这是发表在NPJ Biofilms and Microbiomes上的一份工作，作者通过将FITC-dextran注入离体的小鼠肠腔内，搭载显微镜以检测肠腔内外荧光强度，以此评估肠屏障完整性，搭建了一套离体肠通透性测定方法X-IPA。通过荧光强度拟合后，可生成肠道通透性曲线，以实现全组织水平的肠通透性检测。使用化合物或肠道细菌、代谢物验证了该系统，均获得了阳性结果。由于离体器官活性限制，该系统目前可用于24小时内小鼠肠道通透性的动态检测，包括屏障活性和完整性以及细胞旁通透性，但可能无法检测到跨上皮细胞转运。（@Johnson）

Ex vivo intestinal permeability assay (X-IPA) for tracking barrier function dynamics

2023-07-03, doi: 10.1038/s41522-023-00409-0

感谢本期日报的创作者：mildbreeze，阿当，往、昔℡，章台柳，圆圈儿，YANG WEI，Johnson