《自然》:前所未有地看清人类小肠,研究揭示吸收营养和避免感染的奥秘

学术   2024-09-03 08:03   上海  
▎药明康德内容团队编辑  

小肠是人体内吸收营养物质的重要器官,平均长度可达6米,内壁形成了数百万个绒毛状的突起,让这段消化道的表面积大大增加。每根小肠绒毛仅0.5~1.5毫米长,但从其根部靠近内壁的隐窝到突出的绒毛尖端,无论是基因表达还是代谢功能都大有不同。在《自然》期刊日前发表的一篇论文中,来自以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的科学家构建了一份综合空间表达图谱,清晰展示了成人小肠绒毛的空间异质性


该研究的通讯作者Shalev Itzkovitz教授曾在先前的工作中详细分析过小鼠的小肠,发现小肠绒毛上相对位置不同的细胞执行不同的功能。但与小鼠相比,分析人类的肠道要困难很多,首要的原因是样本很难获取

而在这项研究中,科学家们与外科医生展开合作,获得了手术切除的人体肠道组织。提供样本的患者由于胰腺癌等疾病接受了惠普尔手术(Whipple procedure),除了病变的胰头外,小肠的第一部分,也就是十二指肠也需要被切除。研究人员得以分析了这段健康的肠道组织。

通过空间转录组学、空间蛋白质组学和单分子荧光原位杂交等技术,研究作者重建出十二指肠的综合空间表达图谱,以50微米的分辨率分析了不同区域的细胞在基因表达上的特征。

▲人体小肠组织样本的荧光成像,不同颜色标记了不同蛋白(图片来源:参考资料[1])

根据这份图谱,研究人员为小肠吸收脂肪的一个谜题提供了解答。科学家们很早就发现,食物中的脂肪并不会很快被吸收进入血液,有时会延迟长达两天。而此次研究发现,小肠上皮细胞在吸收脂质时有一条“流水线”,在位于绒毛根部时负责组装脂滴,然后这些细胞会沿着绒毛逐渐迁徙,直到到达尖端后才合成乳糜颗粒,将来自食物的胆固醇等从上皮细胞经淋巴管转运进入血液循环。

类似的,这些迁徙的上皮细胞还会在根部摄取铁,到达尖端后将铁释放到血液。此外,消化氨基酸、肽和糖等营养物质所需的很多酶大多在绒毛尖端被吸收或产生;而吸收维生素、矿物质的细胞则集中在绒毛根部。

▲小肠绒毛从根部到尖端呈现分区域表达的特征性蛋白(图片来源:参考资料[1])

除了小肠如何吸收营养物质外,图谱也揭示了小肠抵抗感染的特点。研究人员发现,绒毛尖端的一些细胞会分泌抗菌蛋白,既可以直接攻击细菌,也可以向免疫系统发出求救信号,从而将巨噬细胞等有促炎性的免疫细胞募集到尖端

在编制这份小肠细胞图谱时,研究人员还意外发现了不同于以往认识的解剖结构。通常在解剖学教科书上,健康人体的小肠绒毛被描述为笔直的指状突起,只有在癌变的情况下绒毛才会有很多分枝。而在这项研究中,为了在不破坏组织完整性的情况下以三维方式记录组织的空间结构,研究人员采用了新的技术方法,结果发现人类小肠绒毛含有丰富的锯齿状和分枝绒毛,富集在圆形褶皱的顶部,有助于进一步增加小肠的表面积并改善吸收。

正如作者在论文摘要中所指出的,“这项研究为了解成人小肠的生物学提供了详细的资源。我们的图谱既为一些基本问题提供了答案,也可以应用于临床问题。”负责这项研究的通讯作者Shalev Itzkovitz教授表示,“我们绘制出了健康小肠的图谱之后,就可以进一步了解小肠在疾病、衰老、服用某些药物或特定饮食时所经历的变化。”


参考资料:
[1] Yotam Harnik et al., (2024) A spatial expression atlas of the adult human proximal small intestine. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07793-3
[2] Navigating the digestive tract: Study offers first detailed map of the small intestine. Retrieved Sep. 2, 2024 from https://medicalxpress.com/news/2024-08-digestive-tract-small-intestine.html

本文来自药明康德内容微信团队,欢迎转发到朋友圈,谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求,请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求,请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。


免责声明:药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的,文中观点不代表药明康德立场,亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导,请前往正规医院就诊。




更多推荐






点个“在看”再走吧~




学术经纬
第一时间送上生命科学重磅学术新闻。
 最新文章