貝勒醫(yī)學(xué)院(Baylor College of Medicine)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一幅更詳細(xì)的圖片，展示了感染輪狀病毒后腸道上皮細(xì)胞(腸道的內(nèi)層)如何自我修復(fù)。一種細(xì)致的單細(xì)胞分析方法在動(dòng)物模型中研究修復(fù)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)受損上皮包含多種類型的細(xì)胞，這些細(xì)胞通過(guò)廣泛的協(xié)調(diào)反應(yīng)參與修復(fù)，最終修復(fù)受損組織。

研究人員還意外發(fā)現(xiàn)，腸上皮細(xì)胞是輪狀病毒感染的典型細(xì)胞類型，除此之外，腸上皮中的另一種細(xì)胞類型簇狀細(xì)胞也會(huì)被感染，并可能有助于上皮細(xì)胞受損后的修復(fù)反應(yīng)。發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的這一發(fā)現(xiàn)，不僅讓人們更好地了解了輪狀病毒感染后的愈合過(guò)程，還可能為了解病毒如何致病提供新的線索。

消化道疾病每年影響大約6000萬(wàn)美國(guó)人。這些情況通常與上皮細(xì)胞受損有關(guān)，損害了其功能，包括食物的消化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，并影響整體健康，”聯(lián)合通訊作者、貝勒大學(xué)分子病毒學(xué)和微生物學(xué)副教授Sarah Blutt博士說(shuō)。

研究人員在這個(gè)項(xiàng)目上的目標(biāo)是有助于更好地了解輪狀病毒在小鼠模型中造成腸上皮損傷后的修復(fù)過(guò)程。這種病毒每年造成約1.79億例急性腸胃炎病例，約128 000人死亡，尤其是兒童。深入了解細(xì)胞對(duì)感染造成的損傷的反應(yīng)細(xì)節(jié)，可以改進(jìn)治療方法。

腸道愈合需要團(tuán)隊(duì)合作

腸子的內(nèi)表面排列著一層上皮細(xì)胞，這些細(xì)胞可以折疊多次，形成許多纖細(xì)的手指狀突起，稱為絨毛，絨毛之間有隱窩。輪狀病毒感染并殺死位于絨毛頂端的腸細(xì)胞。

Blutt說(shuō):“我們知道，絨毛頂端的損傷會(huì)迅速傳遞給隱窩中的干細(xì)胞，刺激它們分裂并發(fā)展成修復(fù)絨毛頂端損傷所需的特殊細(xì)胞。”

為了進(jìn)一步觀察上皮細(xì)胞是如何愈合的，研究小組應(yīng)用了一項(xiàng)相當(dāng)新的技術(shù)，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)，以確定哪些基因在細(xì)胞頂端和隱窩之間的所有細(xì)胞的單細(xì)胞水平上表達(dá)。絨毛周圍有許多不同類型的細(xì)胞，包括簇狀細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、腸內(nèi)細(xì)胞和干細(xì)胞，每一種細(xì)胞都有特定的功能。

“我們的分析揭示了一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞景觀，其特征是細(xì)胞群具有特定的轉(zhuǎn)錄組特征，這不僅取決于細(xì)胞類型，也取決于細(xì)胞沿著絨毛的位置，”第一作者Carolyn Bomidi說(shuō)，她是貝勒瑪麗埃斯蒂斯博士實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究助理。“例如，在不同位置發(fā)現(xiàn)的相同細(xì)胞類型可能具有不同的轉(zhuǎn)錄組特征。”

研究人員的發(fā)現(xiàn)也支持了再生如何發(fā)生的新圖景。他們發(fā)現(xiàn)，作為對(duì)絨毛頂端損傷的反應(yīng)，隱窩的干細(xì)胞亞群更頻繁地分裂，并發(fā)育成許多未成熟的腸細(xì)胞，這些腸細(xì)胞遷移到絨毛頂端，取代那些被輪狀病毒損傷的腸細(xì)胞。

輪狀病毒的意外宿主

Blutt、Bomidi和他們的同事驚訝地發(fā)現(xiàn)，在簇狀細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了輪狀病毒的遺傳物質(zhì)，這種細(xì)胞類型以前沒(méi)有報(bào)道過(guò)支持輪狀病毒感染。

博米迪說(shuō):“考慮到腸上皮細(xì)胞中很少有簇狀細(xì)胞，我們能夠檢測(cè)到這種病毒是令人興奮的。”“輪狀病毒感染的簇狀細(xì)胞增加了特定基因的表達(dá)，包括免疫反應(yīng)基因，這表明它們能夠產(chǎn)生抗病毒反應(yīng)，并有助于感染后的過(guò)程。”

總之，這些發(fā)現(xiàn)提供了證據(jù)，表明輪狀病毒感染刺激了干細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的修復(fù)程序，簇狀細(xì)胞參與其中，導(dǎo)致未成熟腸細(xì)胞的產(chǎn)生，修復(fù)受損的上皮細(xì)胞。

“我最興奮的是，這是首個(gè)關(guān)于人類腸道病毒感染后單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本特性的報(bào)告，”Blutt說(shuō)。“我們認(rèn)為，這對(duì)參與胃腸研究的研究人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)有價(jià)值的信息資源，可以了解每一種細(xì)胞類型在病毒感染的情況下如何反應(yīng)。”

“我預(yù)計(jì)，這種方法也將提供新的工具，以調(diào)查輪狀病毒和其他感染性或炎癥條件如何導(dǎo)致疾病的未解問(wèn)題，”共同通訊作者瑪麗·埃斯蒂斯博士說(shuō)，她是Cullen主席和貝勒分子病毒學(xué)和微生物學(xué)教授。

DOI

10.1073 / pnas.2112814118

文章標(biāo)題

Single-cell sequencing of rotavirus-infected intestinal epithelium reveals cell-type specific epithelial repair and tuft cell infection