《自然》：前所未有地看清人类小肠，研究揭示吸收营养和避免感染的奥秘

▎药明康德内容团队编辑

小肠是人体内吸收营养物质的重要器官，平均长度可达6米，内壁形成了数百万个绒毛状的突起，让这段消化道的表面积大大增加。每根小肠绒毛仅0.5~1.5毫米长，但从其根部靠近内壁的隐窝到突出的绒毛尖端，无论是基因表达还是代谢功能都大有不同。在《自然》期刊日前发表的一篇论文中，来自以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的科学家构建了一份综合空间表达图谱，清晰展示了成人小肠绒毛的空间异质性。

该研究的通讯作者Shalev Itzkovitz教授曾在先前的工作中详细分析过小鼠的小肠，发现小肠绒毛上相对位置不同的细胞执行不同的功能。但与小鼠相比，分析人类的肠道要困难很多，首要的原因是样本很难获取。

而在这项研究中，科学家们与外科医生展开合作，获得了手术切除的人体肠道组织。提供样本的患者由于胰腺癌等疾病接受了惠普尔手术（Whipple procedure），除了病变的胰头外，小肠的第一部分，也就是十二指肠也需要被切除。研究人员得以分析了这段健康的肠道组织。

通过空间转录组学、空间蛋白质组学和单分子荧光原位杂交等技术，研究作者重建出十二指肠的综合空间表达图谱，以50微米的分辨率分析了不同区域的细胞在基因表达上的特征。

▲人体小肠组织样本的荧光成像，不同颜色标记了不同蛋白（图片来源：参考资料[1]）

根据这份图谱，研究人员为小肠吸收脂肪的一个谜题提供了解答。科学家们很早就发现，食物中的脂肪并不会很快被吸收进入血液，有时会延迟长达两天。而此次研究发现，小肠上皮细胞在吸收脂质时有一条“流水线”，在位于绒毛根部时负责组装脂滴，然后这些细胞会沿着绒毛逐渐迁徙，直到到达尖端后才合成乳糜颗粒，将来自食物的胆固醇等从上皮细胞经淋巴管转运进入血液循环。

类似的，这些迁徙的上皮细胞还会在根部摄取铁，到达尖端后将铁释放到血液。此外，消化氨基酸、肽和糖等营养物质所需的很多酶大多在绒毛尖端被吸收或产生；而吸收维生素、矿物质的细胞则集中在绒毛根部。

▲小肠绒毛从根部到尖端呈现分区域表达的特征性蛋白（图片来源：参考资料[1]）

除了小肠如何吸收营养物质外，图谱也揭示了小肠抵抗感染的特点。研究人员发现，绒毛尖端的一些细胞会分泌抗菌蛋白，既可以直接攻击细菌，也可以向免疫系统发出求救信号，从而将巨噬细胞等有促炎性的免疫细胞募集到尖端。

在编制这份小肠细胞图谱时，研究人员还意外发现了不同于以往认识的解剖结构。通常在解剖学教科书上，健康人体的小肠绒毛被描述为笔直的指状突起，只有在癌变的情况下绒毛才会有很多分枝。而在这项研究中，为了在不破坏组织完整性的情况下以三维方式记录组织的空间结构，研究人员采用了新的技术方法，结果发现人类小肠绒毛含有丰富的锯齿状和分枝绒毛，富集在圆形褶皱的顶部，有助于进一步增加小肠的表面积并改善吸收。

正如作者在论文摘要中所指出的，“这项研究为了解成人小肠的生物学提供了详细的资源。我们的图谱既为一些基本问题提供了答案，也可以应用于临床问题。”负责这项研究的通讯作者Shalev Itzkovitz教授表示，“我们绘制出了健康小肠的图谱之后，就可以进一步了解小肠在疾病、衰老、服用某些药物或特定饮食时所经历的变化。”

参考资料：

[1] Yotam Harnik et al., (2024) A spatial expression atlas of the adult human proximal small intestine. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07793-3

[2] Navigating the digestive tract: Study offers first detailed map of the small intestine. Retrieved Sep. 2, 2024 from https://medicalxpress.com/news/2024-08-digestive-tract-small-intestine.html

本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。

免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。