肠道的奥秘不止菌群！10文聚焦肠道生理和细胞生物学

06月17日的《热心肠日报》，我们解读了 10 篇文献，关注：细胞器，肠上皮，可移动遗传元件，LncRNA，干细胞，剪切应力，生物膜，类器官，平滑肌，脂质代谢。

Nature：果蝇肠道中发现新的“细胞器”

Nature——[69.504]

① 给果蝇喂食磷甲酸以抑制细胞对磷的吸收，发现缺乏无机磷酸盐（Pi）会导致细胞数量激增，当磷酸盐处于耗尽状态时，基因PXo表达也较低；② 通过抑制PXo表达或完全剔除该基因，出现与无机磷酸盐缺乏时相同的效果，提示PXo在磷酸盐运输中起关键作用；③ 免疫染色和超微结构分析发现PXo特异性地出现在一种以前未知的多层膜中，将其命名为PXo小体（一种新发现的细胞器）；④ PXo小体是胞浆Pi水平的关键调节因子，可以有效控制组织的再生和稳态。

【主编评语】

无机磷酸盐（Pi）是生命中最重要的分子之一，参与绝大多数生理反应。在动物中，尽管人们对循环Pi的激素调节了解很多，但对细胞内Pi代谢和信号传导所之甚少。近日，哈佛大学研究人员在Nature发表最新研究，鉴定出昆虫肠道细胞中存储磷的细胞器，并发现了无机磷酸盐参与肠道稳态调控的机制，值得关注。（@九卿臣）

【原文信息】

A phosphate-sensing organelle regulates phosphate and tissue homeostasis

2023-05-03, doi: 10.1038/s41586-023-06039-y

Nature：结肠上皮逆转座变异研究

Nature——[69.504]

① 对899个单细胞克隆进行单细胞全基因组序列分析，确定1708长散在重复序列介导的逆转座事件（soL1Rs）；② soL1Rs与年龄正相关，在胚胎发育期有较高逆转座事件发生，指纹图谱发现34个逆转座原件L1；③ L1启动子去甲基化影响转录，其表观遗传变化主要发生在胚胎发育时期；④ 再甲基化不足的范围定位于rc-L1启动子，大多数L1转录本对正常细胞中的soL1R无效；⑤ soL1R可广泛插入基因组区域，具有靶位点的断点序列，可增加结直肠肿瘤发生。

【主编评语】

机体整个生命史中体细胞会不停的积累基因组的变化。体细胞基因组遗传变异包括有单个碱基的变化和转座引起的较为复杂的变化，由于技术的原因，此前对于体细胞遗传变异的研究主要集中在单个碱基的变化，而对于转座导致的变异研究相对较少。近期一篇发表在Nature正刊的研究论文，通过对从28个个体中分离建立的3个细胞类群开展了单细胞测序分析，对这些体细胞中的逆转座事件进行了分析，为人个体整个生命过程中基因组和表观层面的转座事件的调控提供了重要的线索和科学证据。（@Zhonghua）

【原文信息】

Widespread somatic L1 retrotransposition in normal colorectal epithelium

2023-05-10, doi: 10.1038/s41586-023-06046-z

LncRNA EPR调节肠道粘液的产生，并防止炎症和肿瘤的发生

Nucleic Acids Research——[19.16]

① 结肠特异性条件敲除lncRNA EPR（EPR cKO）导致小鼠大肠近端表现出上皮过度增殖、粘液产生和分泌受损以及炎症浸润；② 结肠隐窝转录组发生重排，杯状细胞特异性因子（包括参与粘液蛋白的合成、组装、运输和控制的因子）显著减少；③ EPR cKO小鼠的结肠粘膜完整性和通透性受损，对DSS诱导的结肠炎和肿瘤敏感性更高；④ 人类癌症细胞系和癌症中EPR下调，在结肠癌细胞系过表达EPR则导致促凋亡基因的表达增强；⑤ EPR直接和参与粘液代谢的基因互作。

【主编评语】

LncRNA EPR在上皮组织中表达，与染色质结合，控制小鼠乳腺细胞的多种生物活性。Nucleic Acids Research近期发表的文章，发现EPR在肠道中高表达，调节肠道粘液的产生，并防止炎症和肿瘤的发生。（@章台柳）

【原文信息】

LncRNA EPR regulates intestinal mucus production and protects against inflammation and tumorigenesis

2023-04-18, doi: 10.1093/nar/gkad257

Cell子刊：细菌产生的基因毒素tilmycin引起结肠干细胞突变

Cell Reports——[9.995]

① tilmycin（TM）生物合成是产酸克雷伯菌特有的，而婴儿早期肠道中til+ 产酸克雷伯菌的丰度高；② 体外细胞实验表明，TM是基因突变诱变剂；③ 小鼠定植K. oxytoca AHC-6后，近端肠道环境促进TM代谢产物tilivalline的产生，tilivalline来源于TM，由此可见整个肠道细胞都暴露在TM中；④ 类器官实验证明，TM破坏肠道干细胞分化为类器官的功能；⑤ 小鼠定植产TM克雷伯菌后，数天短暂暴露于TM中，引起结肠干细胞的突变。

【主编评语】

人类肠道的早期定植菌群包括产生β-乳糖酶的克雷伯氏菌属，它们还携带用于非核糖体肽肠毒素生物合成的til基因。该种群的过度生长会导致DNA烷化剂tilimycin（TM）及其衍生物tilivaline在肠腔里浓度较高。Cell Reports近期发表的文章，发现til+ 产酸克雷伯菌定植在小鼠肠道后，产生基因突变诱变剂TM，TM分布在整个肠道，渗透到结肠隐窝深处。数天短暂暴露于TM，会导致结肠上皮干细胞的体细胞突变。（@章台柳）

【原文信息】

Microbiota-derived genotoxin tilimycin generates colonic stem cell mutations

2023-03-02, doi: 10.1016/j.celrep.2023.112199

Science子刊：剪切应力可调节果蝇肠道干细胞增殖

Science Advances——[14.957]

① 剪切应力传感调节成年果蝇肠道干细胞（ISC）增殖和上皮细胞数量；② 在所有上皮细胞类型中，剪切应力而不是其他机械力，特异性激活肠内分泌细胞；③ 这种激活是由TrpA1介导的，TrpA1是一种在肠内分泌细胞中表达的Ca2+可渗透通道；④ 特异性破坏TrpA1对剪切应力的敏感性，而非化学敏感性，显著降低肠干细胞的增殖和中肠细胞的数量；⑤ 剪切应力作为一种自然的机械刺激来激活肠内分泌细胞中的TrpA1，TrpA1调节ISC的Ca2+震荡，从而调节ISC的行为。

【主编评语】

Science Advances近期发表的文章，发现了剪切应力可以控制成年果蝇的肠干细胞增殖和中肠细胞数量。（@章台柳）

【原文信息】

TrpA1 is a shear stress mechanosensing channel regulating intestinal stem cell proliferation in Drosophila

2023-05-24, doi: 10.1126/sciadv.adc9660

肠内流体或影响菌群生物膜

PNAS——[12.779]

① 人类共生菌多形拟杆菌(Bt)和脆弱拟杆菌(Bf)组成的模型群落可在流动中形成稳健的生物膜；② 葡聚糖是一种易被Bt而不易被Bf代谢的多糖，但其发酵可产生促进Bf生长的公共营养；③ 模型与实验相结合发现在流动中，Bt生物膜共享葡聚糖代谢副产物，促进Bf生物膜形成；④ 流体流动通过运输这种公共营养构建群落空间组织，并将Bf定位在Bt的下游；⑤ 强流动可通过限制生物膜表面的有效公共营养浓度，消除Bf生物膜的形成。

【主编评语】

肠道菌群在宿主健康中发挥至关重要的作用，许多化学因素调节菌群群落的组成和结构，但目前力学在其中的作用尚不清楚。近日，发表在PNAS上的这篇文章，发现流体流动通过塑造不同物种在代谢上相互作用以影响肠道生物膜群落的空间组织和组成，并表明流体等物理因素对菌群群组成及人类健康产生巨大影响。（@圆圈儿）

【原文信息】

Fluid flow structures gut microbiota biofilm communities by distributing public goods

2023-06-12, doi: 10.1073/pnas.2217577120

Nature子刊：研究肠隐窝及其间充质微环境互作的新型类器官

Nature Communications——[17.694]

① 构建了一个由上皮细胞和不同基质细胞亚型组成的结肠组装体系统；② 这些组装体重现了类似于体内细胞多样性和组织的成熟隐窝的发育，包括基底的干/祖细胞隔室的维持，以及其成熟为分泌/吸收细胞类型；③ 这一过程由隐窝周围的自组织基质细胞支持，这些细胞的位置构造类似于体内组织，支持干细胞更新的细胞类型与干细胞室临近；④ 上皮细胞或基质细胞中缺乏BMP受体的组装体，不能正确地形成隐窝，即BMP是沿着隐窝轴区域化的中心决定因素。

【主编评语】

胃肠隐窝的细胞组织是由基质微环境的不同细胞协调的，但可用的体外模型未能完全重现上皮和基质之间的相互作用。Nature Communications近期发表的文章，构建了一个由上皮细胞和不同基质细胞亚型组成的结肠组装体系统，可重现上皮隐窝和间充质微环境之间的相互作用。（@章台柳）

【原文信息】

Establishment of gastrointestinal assembloids to study the interplay between epithelial crypts and their mesenchymal niche

2023-05-25, doi: 10.1038/s41467-023-38780-3

Nature子刊：用胃源性类器官恢复葡萄糖稳态

Nature Cell Biology——[28.213]

① 描述了一种将培养的人胃干细胞分化为含胃胰岛素分泌细胞（GINS）的类器官，其分子特征和功能类似β细胞；② 通过hGSC扩增、NPM诱导和逐步小分子刺激可高效生成GINS类器官，其中包含约70%的产胰岛素细胞；③ 使用scRNA-seq技术对类器官分析，发现GINS包含4种和胰岛内分泌相似的激素内分泌细胞，其中β样细胞可表达大多数关键的β细胞标记；④ 将GINS类器官移植到由链脲佐菌素诱发的糖尿病小鼠体内，可迅速抑制高血糖并保持血糖稳态超100天。

【主编评语】

糖尿病是一种内分泌疾病，已成为威胁全世界人类健康的重大难题。人胰岛移植方案具有一劳永逸的潜力。然而，受限于供体来源不足和免疫排斥等因素难以推广。近日，美国康奈尔医学院周乔及团队在Nature Cell Biology发表最新研究，开发出将人胃干细胞分化为胃源性胰岛素分泌（GINS）类器官的方法，通过胃镜从病人胃组织中提取其胃干细胞，可在短时间内产生有功能的胰岛样类器官。该GINS类器官可稳定进行胰岛素分泌并使糖尿病小鼠恢复血糖稳态，值得关注。（@九卿臣）

【原文信息】

Stomach-derived human insulin-secreting organoids restore glucose homeostasis

2023-04-27, doi: 10.1038/s41556-023-01130-y

lncRNA Carmon是胃肠道平滑肌收缩功能和运动的关键调节因子

Gastroenterology——[33.883]

① lncRNA——Carmon在人和小鼠的胃肠道内脏平滑肌细胞（SMC）中高表达；② 全敲Carmon KO（gKO）和诱导型SMC特异性KO（iKO）小鼠均早夭，与胃肠道假性梗阻、胃肠道严重扩张以及盲肠和结肠段运动障碍有关；③ 与对照小鼠相比，Carmon KO小鼠的胃肠道严重扩张，胃肠道传输显著延迟，胃肠道收缩力受损；④ SMC Carmon KO通过减少收缩基因表达，促进SMC的表型转换，而损害肌源性运动，而且通过破坏结肠肌层中的细胞-细胞连接而损害神经源性运动。

【主编评语】

内脏平滑肌细胞（SMC）是胃肠道的一个组成部分，调节胃肠道的运动。SMC收缩受翻译后信号传导和分化状态的调节。SMC收缩受损与显著的发病率和死亡率有关，但调节SMC特异性收缩基因表达的机制缺乏研究。Gastroenterology近期发表的文章，发现长链非编码RNA——Carmon在胃肠道SMC中高表达，且Carmn对于维持小鼠胃肠道平滑肌细胞的收缩功能是必不可少的，并且Carmn功能的丧失可能导致人类内脏肌病。这是首次证明lncRNA在内脏SMC表型调节中发挥重要作用的研究。（@章台柳）

【原文信息】

The Long Non-coding RNA Carmn is a Critical Regulator of Gastrointestinal Smooth Muscle Contractile Function and Motility

2023-04-06, doi: 10.1053/j.gastro.2023.03.229

Cell子刊：整合素配体MFGE8如何调控肠道脂质吸收和代谢？

Cell Reports——[9.995]

① 肠上皮细胞敲除Mfge8基因后，CES1D转录和蛋白质水平降低，转录因子HNF4γ蛋白质水平降低；② 小鼠敲除Ces1d和Hnf4γ后，肠上皮细胞甘油三酯（TG）水解酶活性以及TG在细胞质脂滴（cLDs）中储存降低；③ MFGE8依赖的脂肪酸摄取通过CD36稳定HNF4γ蛋白水平，然后HNF4γ增加Ces1d的表达和活性；④ CES1D通过水解饮食来源的cLDs调节餐后血脂水平；⑤ 阻断MFGE8受体β5整合素通过阻止近端小肠肠上皮细胞cLDs的水解来降低餐后血脂。

【主编评语】

小肠除了吸收营养物质外还能够储存脂质，通过将一定比例吸收的脂肪储存在细胞质脂滴（cLDs）中来限制餐后血脂水平。整合素配体MFGE8将膳食脂肪的吸收与甘油三酯（TG）水解酶的激活联系起来，这些水解酶可以分解cLDs以产生乳糜微粒。肠细胞通过特异性途径调节饮食来源的cLDs的分解代谢，然而MFGE8如何调节肠细胞cLDs分解代谢的分子途径还不清楚。美国加利福尼亚大学团队在Cell Reports上发表最新研究，将Ces脂肪酶家族成员CES1D确定为MFGE8整合素复合物下游的关键水解酶，以从cLDs的TG储存中动员脂肪酸并调节乳糜微粒的产生。此外，膳食油酸通过稳定转录因子HNF4γ的蛋白质水平来增加CES酶的表达和活性。（@RZN）

【原文信息】

MFGE8 links absorption of dietary fatty acids with catabolism of enterocyte lipid stores through HNF4γ-dependent transcription of CES enzymes

2023-03-15, doi: 10.1016/j.celrep.2023.112249

感谢本期日报的创作者：九卿臣，Jack Chen，章台柳，YANG WEI，圆圈儿，RZN