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科学家们成功在单细胞分辨率下解析机体肠道神经系统的奥秘

来源:中检健康 编辑:中检健康 时间:2020-09-30
整个胃肠道系统中嵌入的是一种更为广泛的神经元阵列,其会协调几乎所有的活动,包括消化、肠道运动以及对有害刺激的反应等,这些细胞就组成了肠道神经系统(ENS,enteric nervous system),并能将信号传输到大脑中,但其非常稀少且很脆弱,很难进行分离和深入研究,近日,一项刊登在国际杂志Cell上题为“The Human and Mouse Enteric Nervous System at Single-Cell Resolution”的研究报告中,来自MIT博德研究所等机构的科学家们通过研究克服了这一问题,研究人员开发了一种新方法来产生人类和小鼠ENS的单细胞图谱。

通过分析这些单一神经元细胞的基因活性,研究人员推测,肠道中的神经元能与其它多种细胞类型之间保持交流沟通,包括免疫细胞等,而这些细胞中能够表达与疾病相关的关键基因;ENS或许就是连接肠道、免疫系统和中枢神经系统的关键节点,其在肠道的过敏症、炎症和肠道运动障碍以及影响大脑的疾病中扮演着非常关键的角色。研究这些类型的神经-免疫相互作用是食物过敏科学计划的下一个阶段,这一计划旨在寻找理解食物过敏发生的机制,并鼓励研究人员开发新型治疗过敏症的疗法。

 

图片来源:Eugene Drokhlyansky, Chris Smillie, Nicholas Van Wittenberghe, Leah Caplan

研究者Ramnik Xavier表示,通过了解ENS系统中所发生的事件,我们就能更好地理解该系统如何与上皮细胞、免疫细胞和其它细胞进行沟通,同时还能开发出治疗整个系统故障的新型疗法。研究肠道中神经元的特性一直以来都是一大挑战,部分原因是肠道神经元非常罕见且很脆弱,研究者常常因为很难从周围组织对其进行分离从而很难研究肠道神经元的特性。为了克服这些障碍,研究人员设计了两种锌方法来在单一细胞分辨率下研究小鼠和人类机体中的ENS,即利用RAISIN RNA测序技术和MIRACL测序技术,前者是一种能分离单个细胞的实验室步骤,其既保留了细胞核还保留了所附着的核糖体,能够全面观察细胞中的RNA,后者则能帮助研究人员更加有效地搜索罕见的细胞类型并在解离复杂组织样本后对其进行收集。

这些技术最终帮助研究人员分析了5068个小鼠和1445个人类的肠道神经元细胞,同时还对来自两个物种的多种肠道细胞类型进行了深入分析,后期研究人员还能将这些方法应用于新鲜和冷冻的组织样本中,并能利用这些技术来分析出了肠道以外的其它罕见细胞类型的特性。研究者Orit Rozenblatt-Rosen指出,如今我们就能利用新技术来帮助构建并证实肠道神经系统的完整图像/图片,相关的数据还能帮助我们理解肠道神经系统在多种疾病发病过程中扮演的角色,并能精确地确定这些疾病的遗传风险因素作用的特殊细胞类型。

研究者在肠道神经系统中发现了数十种不同的神经元细胞亚群,并发现,细胞的组成和基因表达会因肠道解剖区域、年龄甚至是取样的时间的不同而不同;相关研究数据还揭示了不同神经元细胞亚型和周围细胞之间存在的多种新型的细胞通路,肠道神经元细胞和免疫系统之间的关联或能帮助科学家们后期研究参与胃肠道疾病发生的神经系统是如何发挥作用的,以及为何诸如自闭症谱系障碍和帕金森疾病等中枢神经系统特定疾病患者会以肠道功能异常作为患者发病的早期症状。

研究者表示,对肠道神经元细胞进行研究或能帮助理解肠易激综合征、肠道过敏性疾病和不明原因的肠道神经病变等多种疾病的发病机制;在很多方面,肠道神经元细胞被比喻为管弦乐队的指挥家,比如,食物过敏的患者经常会出现腹痛、恶心、呕吐和腹泻,所有这些都是在很短的时间内发生,这就表明,肠道神经元细胞或许会感知到一些不对劲儿的地方,并能激活一种早期的预警系统,靶向作用这些肠道神经元细胞或能帮助开发减缓人群机体对食物和其它过敏原过敏的新型疗法。(生物谷Bioon.com)

参考资料:
【1】A single-cell atlas of nerve cells in the gut reveals web of connections
by Karen Zusi, Broad Institute of MIT and Harvard
【2】Eugene Drokhlyansky,Christopher S. Smillie,Nicholas Van Wittenberghe, et al. The Human and Mouse Enteric Nervous System at Single-Cell Resolution, Cell (2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.08.003
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