我國科學(xué)家首次系統揭示人類(lèi)消化道發(fā)育細胞圖譜
我國科學(xué)家日前在學(xué)術(shù)期刊《自然—細胞生物學(xué)》(NatureCellBiology)在線(xiàn)發(fā)表研究論文，在國際上首次從單細胞分辨率和全轉錄組水平，全面、系統、深入地闡明了食道、胃、小腸和大腸這4種器官在人類(lèi)胚胎發(fā)育過(guò)程中的基因表達圖譜及其信號調控機制，揭示了這4種器官不同細胞類(lèi)型之間的精準發(fā)育路徑和基因表達特征，并進(jìn)一步詳細解析了大腸從胎兒到成人的發(fā)育、成熟路徑和關(guān)鍵生物學(xué)特征。這是我國科學(xué)家首次系統揭示人類(lèi)消化道發(fā)育細胞圖譜。
消化系統是人體中最重要的器官系統之一，而消化道作為消化系統最重要的組成部分，在食物消化、營(yíng)養吸收、廢物排泄、抵抗微生物入侵等多個(gè)方面起著(zhù)極其重要的作用。消化道主要由食道、胃、小腸、大腸組成。揭示這4種器官在人類(lèi)胚胎發(fā)育過(guò)程中的基因表達調控網(wǎng)絡(luò )以及細胞類(lèi)型圖譜是發(fā)育生物學(xué)的重大課題。據介紹，本研究首先分離并獲取了人類(lèi)6到25周胚胎中食道、胃、小腸和大腸以及成年人的大腸總計5277個(gè)單細胞，并對其進(jìn)行高精度的單細胞轉錄組測序，獲得了多達5T的基因表達譜數據。研究團隊進(jìn)行深度數據挖掘，對這4種器官的發(fā)育進(jìn)程在基因表達調控層面進(jìn)行了深入解析。
首先，研究團隊通過(guò)關(guān)鍵基因表達特征定義了這4種器官共40種不同的重要細胞類(lèi)型，其中在人類(lèi)胚胎發(fā)育階段鑒定出30種不同的細胞類(lèi)型。通過(guò)對這30種細胞類(lèi)型的關(guān)鍵生物學(xué)特征分析后發(fā)現，其中具有干、祖細胞特征的細胞類(lèi)型有19種，在胚胎發(fā)育的較早期就已經(jīng)出現并且貫穿于整個(gè)胚胎發(fā)育時(shí)期，其細胞周期也呈現出活躍分裂增殖的特點(diǎn)。另一方面，分析顯示，胚胎早期消化道4種不同器官的細胞具有高度相似的基因表達特點(diǎn)，而胚胎晚期這4種不同器官的細胞基因表達差異非常明顯，顯示這些細胞類(lèi)型功能成熟后基因表達的高度器官特異性和細胞類(lèi)型特異性。同時(shí)，小腸同其他3種消化道器官相比，營(yíng)養吸收代謝的關(guān)鍵基因在胚胎晚期被大規模同步激活，說(shuō)明處于胚胎晚期的小腸可能已經(jīng)具備了基本的營(yíng)養吸收功能。這也說(shuō)明隨著(zhù)胚胎發(fā)育的進(jìn)行，4種器官在功能上的差異性也逐漸展現出來(lái)。
這項研究成果由北京大學(xué)北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng )新中心、北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心、北京大學(xué)—清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心湯富酬課題組、北京國際數學(xué)研究中心葛顥課題組，攜手北京大學(xué)第三醫院?jiǎn)探苷n題組聯(lián)合獲得。研究發(fā)現為消化道生物學(xué)研究領(lǐng)域提供了全面翔實(shí)的發(fā)育細胞圖譜數據，具有重大參考價(jià)值。此外，對于這4種消化道器官相關(guān)的癌癥，特別是胃癌和結直腸癌的致病機理研究，此項研究結果也在基因表達層面上提供了重要參考。(記者趙婀娜)
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