【学术前沿】Cell Regen l 胃窦单细胞转录组的跨物种分析揭示猪具有较强的粘膜免疫

Research Article | Published: 1 August 2023

胃窦是胃的重要组成部分，能够分泌胃泌素进而调节胃酸分泌和胃排空。胃窦的大小和结构在物种间差异很大，探究这些差异对于理解胃的生理稳态维持和疾病发生发展具有重要意义。有研究通过免疫组化染色等传统实验手段在一定程度上揭示了胃窦的物种间差异，但是传统研究手段通量较低且很大程度上受限于抗体的特异性。利用单细胞测序技术能够从分子和细胞层面更详细地刻画胃窦的物种间差异。

近日，清华大学、南昌大学教授陈晔光团队在Cell Regeneration上发表了题为“Cross‑species single‑cell transcriptomic analysis of animal gastric antrum reveals intense porcine mucosal immunity”的研究文章。在该研究中，研究人员分别收集了来自人、猪、大鼠和小鼠的胃窦样本，利用单细胞测序技术从细胞组成和基因表达的角度系统比较了胃窦的物种间差异。在猪的胃窦上皮中，研究人员鉴定到了一群新的细胞亚群，高表达F3、AQP5、CLCA1和PRAD。此外，相比于其他物种，猪的胃窦上皮具有更强的免疫功能。该研究工作详细绘制了胃窦的跨物种单细胞图谱，为理解胃窦的生理稳态维持和疾病发生发展提供了重要资源。

首先，研究人员通过单细胞测序技术，分别构建了来自人、猪、大鼠和小鼠的胃窦的单细胞转录组图谱（图1A、B）。通过无监督聚类分析，鉴定出了9种类型的细胞，且绝大多数类型的细胞存在于两个或者多个物种中。研究人员发现，F3+细胞类群特异性地存在于猪的胃窦上皮中 (图1C），在人、猪、大鼠和小鼠的胃窦中进行的免疫荧光染色也证实了该发现。进一步的信号通路富集分析表明，F3+细胞类群的高表达基因与细胞迁移、细胞增殖以及蛋白稳定维持等具有显著相关性。

图1 构建人、猪、大鼠和小鼠的胃窦上皮的单细胞转录组图谱

进一步探究胃窦的物种间差异，研究人员发现人的胃窦上皮高表达金属离子稳态相关基因，大鼠和小鼠的胃窦上皮高表达脂代谢相关基因 (图2D）。有趣的是，猪的胃窦上皮高表达免疫相关基因，如CD74、BP1、GPER1、IGHM、JCHAIN等（图2A）。进一步通过信号通路富集分析发现这些基因与白介素、干扰素的产生相关（图2C）。此外，基于类器官培养技术，研究人员证明了TNFα处理能够特异性地在猪的胃窦类器官中上调T细胞和B细胞活化相关基因。这些结果表明猪的胃窦上皮细胞具有更强的免疫功能。

图2 猪的胃窦上皮细胞高表达免疫相关基因

研究人员推测，猪的胃窦上皮细胞高表达免疫相关基因可能是由于猪胃窦中的免疫细胞与其他物种不同所致。于是，研究人员特异性分析了人和猪胃窦中的免疫细胞差异，发现虽然猪胃窦中的B细胞和T细胞比例低于人，但是猪胃窦中的B细胞和T细胞显著高表达细胞增殖相关基因，如MKI67、BIRC5、TOP2A、PCNA等（图3C）。不同类型细胞之间相互作用对于免疫功能的执行至关重要。研究人员进一步发现猪胃窦中的细胞间交互作用显著富集于IL17和RANKL信号通路。

图3 猪胃窦中的T细胞和B细胞高表达细胞增殖相关基因

综上所述，这项研究构建了胃窦的跨物种单细胞转录组图谱，在分子和细胞水平上系统性地解析了胃窦的物种间差异；鉴定出了一种猪胃窦特有的、未被报道过的F3+细胞类群；发现了胃窦上皮在免疫功能上存在物种间差异，猪的胃窦上皮细胞具有更强的免疫功能。

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原标题：《【学术前沿】Cell Regen l 胃窦单细胞转录组的跨物种分析揭示猪具有较强的粘膜免疫》

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