人類消化道細胞發育圖譜系統揭示

據《自然·細胞生物學》雜誌近日報導,北京大學科研人員在國際上首次從單細胞解析度和全轉錄組水平,系統揭示了4種消化道器官在人類胚胎髮育過程中的基因表達及其信號調控機制,以及不同細胞類型之間的精準發育路徑和基因表達特徵,對消化道生物學研究及相關癌症治療等具有重要參考價值。

消化道主要由食道、胃、小腸、大腸組成,在食物消化、廢物排泄、抵抗微生物入侵等方面起重要作用,揭示這4種器官在人類胚胎髮育過程中的基因表達調控網絡,建立相關「細胞類型圖譜」是發育生物學的重大課題。

在最新實驗中,北京未來基因診斷高精尖創新中心、北大生命科學學院湯富酬課題組、葛顥課題組,攜手北京大學第三醫院喬傑課題組,分離並獲取了人類6周到25周胚胎中食道、胃、小腸和大腸以及成年人大腸的總計5277個單細胞,對其進行了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。

隨後,他們藉助多種生物信息學分析方法進行深度數據挖掘,全面系統地對這4種器官的發育進程在基因表達調控層面進行了深入解析。

研究團隊通過關鍵基因表達特徵定義了這4種器官中共40種不同的重要細胞類型；發現了一系列在胚胎髮育早、中、晚期特異性表達的標誌基因；首次系統研究了從胎兒到成人的大腸發育過程,並鑑定出成年人大腸中10種主要的細胞類型。

研究人員表示,新發現為消化道生物學研究領域提供了全面翔實的發育細胞圖譜數據；也為體外多能性幹細胞定向分化為消化道相關細胞類型建立了基因表達圖譜金標準,此外,還在基因表達層面對與這4種消化道器官相關的癌症,特別是胃癌和結直腸癌的致病機理研究,提供了重要參考。

這項研究得到了科技部、國家自然科學基金委等的支持。

(記者劉霞)