01

痛覺感受神經(jīng)調(diào)控杯狀細胞粘液分泌保護腸道黏膜新機制

痛覺感受神經(jīng)（Nociceptors）起源于背根神經(jīng)節(jié)和迷走神經(jīng)節(jié)，在腸道組織中分布廣泛作為腦腸軸的重要組成部分，神經(jīng)元-腸道上皮細胞互作可以將腸道中的損傷以疼痛等信號傳遞至大腦，對于腸道黏膜穩(wěn)態(tài)的維持以及抵抗外來病原微生物入侵等過程至關重要。

本研究首先通過構(gòu)建感受神經(jīng)特異性缺失Nav1.8DTA小鼠和痛覺感受神經(jīng)特異性DREADD小鼠，觀察到清除痛覺感受器之后，黏液層變薄，其腸道微生物構(gòu)成發(fā)生改變，即腸道菌群失調(diào)，而杯狀細胞是腸道內(nèi)一種特殊的上皮細胞，可以合成并分泌一種由黏蛋白和黏多糖組成的黏液，在腸道表面構(gòu)成一道保護屏障，因此推測痛覺感受神經(jīng)很可能通過調(diào)控杯狀細胞從而影響粘液層的厚度。為了探尋痛覺神經(jīng)調(diào)控杯狀細胞的機制，本研究對腸道上皮進行了單細胞測序，并在各種獲得細胞類型中分析神經(jīng)肽受體（CGRP）的表達，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)CGRP的受體Ramp1在杯狀細胞中特異性高表達，表明痛覺感受神經(jīng)很可能通過分泌CGRP作用于杯狀細胞從而調(diào)控粘液層的厚度，進一步實驗飲食與微生物信號、機械壓力、化學刺激乃至溫度的突然變化都可以激活痛覺感受器，使得后者分泌CGRP，而CGRP通過RAMP1傳遞信號，進而促使杯狀細胞分泌黏液，而特定的腸道微生物可以激活痛覺感受器分泌CGRP，從而有助于維持腸道穩(wěn)態(tài)。腸道粘黏液層的厚度也影響著腸道疾病的易感性。

本研究揭示了痛覺感受神經(jīng)在調(diào)控杯狀細胞粘液分泌過程中的功能及其分子機制，證明了其在維持腸道黏膜穩(wěn)態(tài)以及抵抗炎癥中的關鍵作用。此外，考慮到拮抗CGRP是臨床治療偏頭痛的常用治療手段，該研究提示了長期服用CGRP拮抗劑在腸道中可能帶來的副作用。同時，本研究也提供了靶向神經(jīng)、靶向神經(jīng)肽及其受體的以治療腸道炎癥的臨床治療思路。

 

02

多組學分析揭示了疤痕和再生傷口愈合過程中不同的分子事件

再生是組織修復的關鍵，但皮膚損傷通常會產(chǎn)生纖維化的、無功能的疤痕。開發(fā)促進再生的療法需要嚴格了解從損傷到纖維化或再生的分子進展。

在此，研究者在轉(zhuǎn)錄（單細胞RNA測序）、蛋白質(zhì)（TIMSTOF蛋白質(zhì)組學）和組織（細胞外基質(zhì)超微結(jié)構(gòu)分析）水平上對瘢痕與YAP抑制誘導的傷口再生進行分析。研究者選取了愈合過程中7個時間點做了分析。每只小鼠三分之一的組織用于組織學研究（超微結(jié)構(gòu)分析），其余進行細胞分選，以分離成纖維細胞(Lin-)和其他細胞(主要是免疫細胞；Lin+)。一半細胞用于scRNA-seq分析，另外一半用于蛋白組學分析。每個樣本都用HTO標記，使scRNA-seq分析的細胞和同一只老鼠的蛋白組學以及組化樣本相聯(lián)系。由于成纖維細胞是瘢痕形成過程中主要細胞類型，研究者對其進行擬時序分析在細胞層面看再生修復軌跡，也對感興趣軌跡上基因做了分析；與GSEA分析結(jié)合，看傷口再生過程中關鍵基因；也做了SCENIC分析來比較基于基因調(diào)控網(wǎng)絡的軌跡；細胞互作分析分析成纖維細胞相互作用情況；應用CytoTRACE檢測再生細胞的分化程度。接下來分別分析了組成每個軌跡的簇，并檢查了每個分支上與CytoTRACE評分最相關的基因。通過多模式分析，研究者篩查出了4個關鍵基因。為了探測關鍵基因的空間分布，研究者對4個關鍵基因進行了多重RNAscope原位雜交，他們也通過體內(nèi)基因敲除和在傷口中過表達進行驗證，檢測結(jié)果顯示破壞YAP的機械傳導，可以通過激活Trps1和Wnt信號的成纖維細胞產(chǎn)生再生修復。Trps1對于傷口再生是必要的，在早期和晚期愈合中具有獨特的作用，因此確定了Trps1在再生中的功能意義。

該研究的發(fā)現(xiàn)作為傷口再生的多組學圖譜，對病理性纖維化有治療性意義。

 

03

譜系追蹤和單細胞分析揭示Prom1+腫瘤增殖細胞轉(zhuǎn)錄組特征及其在肝癌進展過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)化

肝細胞癌（HCC）具有高度的腫瘤異質(zhì)性，先前研究發(fā)現(xiàn)Prominin-1(PROM1)/CD133是人HCC中重要的肝癌干細胞（CSC）標記物。

本研究通過建立兩種小鼠HCC模型（包括慢性纖維化HCC和快速脂肪變性相關HCC），研究Prom1+細胞的在HCC中異質(zhì)性和特征。研究者在HCC模型建立后進行了譜系追蹤，通過單細胞RNA測序(scRNA-seq)來分析追蹤的Prom1+細胞的轉(zhuǎn)錄組特征。結(jié)果顯示，HCC腫瘤中的Prom1標記了具有CSC樣特性的增殖性腫瘤增殖細胞，這些細胞在原發(fā)腫瘤中顯示原位克隆擴增。而且這些標記的Prom1+細胞表現(xiàn)出更強的致瘤性，以及形成不同譜系的癌癥的潛力。在兩種HCC模型中，低水平Prom1+細胞會抑制腫瘤生長并減少惡性腫瘤特征。同時，scRNA-seq分析強調(diào)了Prom1+HCC細胞的異質(zhì)性（遵循具有高增殖和干細胞特征的去分化狀態(tài)）。

總之，本研究通過結(jié)合體內(nèi)譜系追蹤和scRNA-seq，揭示了Prom1+HCC細胞的異質(zhì)性和動態(tài)轉(zhuǎn)化，為了解惡性CSC樣細胞在HCC進展中的作用機制提供了新的見解。

 

04

單細胞RNA測序+空間轉(zhuǎn)錄組學：揭示間質(zhì)性膀胱炎的免疫圖譜

為了研究間質(zhì)性膀胱炎（IC）中的免疫機制，研究者使用單細胞RNA測序（scRNA-seq）對15名女性IC患者和9名應激性尿失禁（對照組）患者的135,091個CD45+免疫細胞進行測序。結(jié)果共鑒定出22個免疫亞群，其中，M2巨噬細胞、炎性CD14+巨噬細胞和樹突狀細胞與其他免疫細胞的通信最多。并且在IC患者中，研究者發(fā)現(xiàn)記憶CD4+ T細胞，調(diào)節(jié)性T細胞，GZMK+CD8+ T細胞，記憶B細胞及中性粒細胞等顯著增加，CD8+效應T細胞，Th17細胞，濾泡輔助T細胞和巨噬細胞等顯著減少。富集分析確定了在細胞比例的動態(tài)變化過程中的病毒相關反應。通過整合scRNA-seq結(jié)果與空間轉(zhuǎn)錄組學，研究者發(fā)現(xiàn)幾乎所有免疫亞群都富集于尿路上皮區(qū)或IC膀胱成纖維細胞附近；但在對照組中，主要富集于膀胱的尿路上皮和平滑肌細胞周圍。

總之，這些發(fā)現(xiàn)描述了IC的免疫圖譜，并可能為IC的病理生理學提供有價值的見解。

 

05

空間組學研究新進展--空間單細胞分辨率表觀遺傳修飾檢測

基因表達的時空調(diào)控對細胞和組織的發(fā)育和功能起著至關重要的作用，基于單細胞方法轉(zhuǎn)錄、蛋白及ATAC檢測導致細胞的空間背景丟失，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有多種空間技術用于檢測空間水平的轉(zhuǎn)錄及蛋白表達，但表觀遺傳特性的空間信息對于理解表觀基因組如何在復雜組織的原生環(huán)境中塑造細胞類型的發(fā)育和控制細胞狀態(tài)至關重要，最近的證據(jù)表明不同的增強子招募可能有助于在發(fā)育中的大腦產(chǎn)生精細劃定的區(qū)域，祖細胞在不同的大腦區(qū)域產(chǎn)生不同的神經(jīng)元，單細胞ATAC研究也表明來自不同染色質(zhì)可達性和表觀遺傳修飾譜，但這些信息在空間分布仍不清楚。

本研究基于FISH基本原理開發(fā)了一種單細胞空間分辨表觀基因組譜的方法，使用原位標記和轉(zhuǎn)錄，然后是多重成像，展示了在單個細胞中標記活性啟動子、推定增強子和沉默啟動子的組蛋白修飾的能力，該方法突破了成像方法對于短序列檢測的難度，展示了成像基因組位點的能力，短至幾百個堿基，識別它們的表觀遺傳狀態(tài)，并繪制它們的空間分布。該研究使用這一方法生成了胚胎和成年小鼠大腦中數(shù)百個活性啟動子和推定增強子的高分辨率空間圖譜，表明了假定的啟動子-增強子對和增強子樞紐調(diào)節(jié)發(fā)育重要基因。

總之，該方法將普遍適用于表觀遺傳修飾和DNA結(jié)合蛋白的空間分析，將促進我們對基因表達如何受表觀基因組時空調(diào)節(jié)的理解。

 

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