这次分享的文献是2019年11月发表在Journal of Experimental Medicine期刊上一篇题为“Single-cell transcriptome analysis reveals differential nutrient absorption functions in human intestine”的文章，本研究通过单细胞RNA测序揭示了人类小肠和大肠在营养吸收、免疫功能及细胞标志物表达上的差异，并首次确认了大肠中类潘氏细胞的存在。

【背景介绍】

人类肠道是一个复杂且多功能的器官，主要负责营养的消化与吸收，同时在微生物防御、免疫调节和激素分泌中发挥重要作用。然而，目前对于肠道不同区域的细胞类型及其功能特性的系统性理解仍然不足。尤其是人类小肠和大肠在营养吸收、免疫反应等方面的功能分化尚未完全揭示。近年来，单细胞RNA测序技术的兴起，为深入探索组织中细胞类型的异质性及其功能特性提供了重要工具。虽然已有研究揭示了小鼠肠道在细胞类型和功能上的区域性差异，但针对人类肠道不同区域的研究仍存在空白。此外，小鼠模型与人类在基因表达和功能上的保守性与差异性也亟待进一步评估。本研究通过单细胞RNA测序，首次对人类回肠、结肠和直肠的上皮细胞进行了系统性分析，探索了不同肠段的功能分化、细胞特性及其与小鼠模型的异同，为肠道功能研究和疾病建模提供了新视角。

【研究思路】

作者通过单细胞RNA测序技术系统研究了人类回肠、结肠和直肠上皮细胞的基因表达谱，揭示了肠段在营养吸收、免疫反应和细胞更新等功能上的分化特性。研究发现，类潘氏细胞（PLCs）在大肠中表达了与微生物防御和干细胞维持相关的基因。通过与小鼠回肠数据的对比分析，揭示了两物种间基因表达的保守性与差异性，并进一步提出人类TA细胞和杯状细胞的新标志物（如NUSAP1和ITLN1）。

【研究结果】

1、 人肠上皮细胞的单细胞特性研究 

   作者首次利用单细胞RNA测序对来自6名健康供体的人类回肠、结肠和直肠的上皮细胞进行了单细胞分辨率的全面分析，共获得了16,693个单细胞的基因表达数据。通过对这些细胞的无监督聚类分析，作者鉴定出吸收细胞、杯状细胞、潘氏细胞、类潘氏细胞（PLCs）、肠内分泌细胞和增殖相关细胞等主要上皮细胞类型。结果显示，不同肠段中细胞类型的分布存在显著差异，例如吸收细胞在回肠中占比高达70%，而杯状细胞在结肠和直肠中占比达到20%。此外，研究还揭示了吸收细胞和杯状细胞在基因表达及功能上的肠段特异性，为进一步理解肠道细胞的组成及分化提供了基础。

2、肠段特异性营养吸收功能的基因表达模式

为了研究肠道不同段落的营养吸收功能，作者通过单细胞转录组分析揭示，回肠中脂质、胆盐、维生素和水运输相关基因（如APOA1、SLC23A1等）高度表达，而硫酸运输基因在大肠中显著富集。此外，氨基酸和糖类运输基因在回肠表达显著高于其他肠段，而胆碱转运基因（如SLC44A1）主要在大肠中表达。进一步的功能验证实验表明，这些基因表达模式与各肠段类器官对相应营养物质的吸收能力一致，表明肠道不同段落在营养物质吸收中具有显著的功能分化。

3、信号分子在小肠和大肠中的差异表达

研究发现，小肠和大肠的上皮细胞在信号分子基因表达上存在显著差异。例如，在直肠中TGF-β/BMP和Wnt信号通路相关基因（如FZD5和DVL3）表达水平较高，提示直肠上皮可能经历更高的增殖和更新。此外，小肠肠内分泌细胞中激素分泌相关基因（如分泌素和胆囊收缩素）显著表达，而大肠则富集与免疫相关的基因（如PYY和INS5）。这些结果揭示了信号分子在不同肠段中的特异性功能。

4、类潘氏细胞（PLCs）的发现及特性

作者通过检测潘氏细胞标志基因（如LYZ、CA4、SPIB等），首次在大肠中发现了类潘氏细胞（PLCs），并揭示这些细胞具有与回肠潘氏细胞部分相似的基因表达特征，如高表达微生物防御相关基因和支持Lgr5+干细胞的生态位因子。然而，PLCs和潘氏细胞也表现出肠段特异性，例如PLCs中富集的GNPTAB和SOD3基因未在潘氏细胞中检测到。这些结果表明，PLCs可能在大肠中具有独特功能。

5、人类TA细胞和杯状细胞的新标志物

研究鉴定了人类TA细胞和杯状细胞的潜在新标志物。例如，NUSAP1在TA细胞中特异性表达，提示其可能是TA细胞的标志基因。此外，ITLN1在回肠、结肠和直肠的所有杯状细胞中特异性表达，而在小鼠中仅在潘氏细胞中表达，这提示人类和小鼠肠道细胞的功能存在显著差异。进一步分析显示，TFF1在成熟杯状细胞中富集，其功能可能与肠道免疫调控相关。

6、人类和小鼠肠道细胞的基因表达保守性与差异性

通过比较人类和小鼠回肠上皮细胞的转录组，研究发现两者在主要细胞类型的基因表达模式上具有较高的保守性。例如，杯状细胞中表达TFF3和REP15，肠内分泌细胞中表达CHGB和FEV。然而，一些基因表现出物种特异性，例如ZFP36L1和PDZK1IP1在人类干细胞中表达，而SP5和RGCC仅在小鼠干细胞中表达。这些发现为进一步优化小鼠模型以研究人类肠道疾病提供了重要参考。

【结论】

本研究首次利用单细胞RNA测序技术对人类回肠、结肠和直肠上皮细胞进行了系统分析，揭示了肠段在营养吸收、信号传导和免疫功能上的显著分化。研究发现，小肠在脂质、胆盐、维生素和水分吸收中发挥主要作用，大肠则更偏向于硫酸运输、胆碱和核苷酸的吸收。同时，鉴定了大肠中类潘氏细胞（PLCs）的存在，并发现其在微生物防御和干细胞支持基因表达上具有独特性。此外，还识别了人类TA细胞和杯状细胞的新标志物，如NUSAP1和ITLN1，并提出TFF1可能作为成熟杯状细胞的标志物。研究通过比较人类和小鼠的肠道基因表达模式，进一步揭示了两者的保守性和差异性，为理解肠道功能及优化小鼠模型研究人类肠道疾病提供了新思路。这些成果为肠炎和肠道肿瘤等疾病的机制研究奠定了重要基础。

                                                                                                                                                                                                                                汇报人：张茵茵