貝勒醫學院(Baylor College of Medicine)的研究人員發現了一幅更詳細的圖片，展示了感染輪狀病毒后腸道上皮細胞(腸道的內層)如何自我修復。一種細致的單細胞分析方法在動物模型中研究修復過程，發現受損上皮包含多種類型的細胞，這些細胞通過廣泛的協調反應參與修復，最終修復受損組織。

研究人員還意外發現，腸上皮細胞是輪狀病毒感染的典型細胞類型，除此之外，腸上皮中的另一種細胞類型簇狀細胞也會被感染，并可能有助于上皮細胞受損后的修復反應。發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的這一發現，不僅讓人們更好地了解了輪狀病毒感染后的愈合過程，還可能為了解病毒如何致病提供新的線索。

消化道疾病每年影響大約6000萬美國人。這些情況通常與上皮細胞受損有關，損害了其功能，包括食物的消化和營養物質的吸收，并影響整體健康，”聯合通訊作者、貝勒大學分子病毒學和微生物學副教授Sarah Blutt博士說。

研究人員在這個項目上的目標是有助于更好地了解輪狀病毒在小鼠模型中造成腸上皮損傷后的修復過程。這種病毒每年造成約1.79億例急性腸胃炎病例，約128 000人死亡，尤其是兒童。深入了解細胞對感染造成的損傷的反應細節，可以改進治療方法。

腸道愈合需要團隊合作

腸子的內表面排列著一層上皮細胞，這些細胞可以折疊多次，形成許多纖細的手指狀突起，稱為絨毛，絨毛之間有隱窩。輪狀病毒感染并殺死位于絨毛頂端的腸細胞。

Blutt說:“我們知道，絨毛頂端的損傷會迅速傳遞給隱窩中的干細胞，刺激它們分裂并發展成修復絨毛頂端損傷所需的特殊細胞�！�

為了進一步觀察上皮細胞是如何愈合的，研究小組應用了一項相當新的技術，單細胞轉錄組學，以確定哪些基因在細胞頂端和隱窩之間的所有細胞的單細胞水平上表達。絨毛周圍有許多不同類型的細胞，包括簇狀細胞、杯狀細胞、腸內細胞和干細胞，每一種細胞都有特定的功能。

“我們的分析揭示了一個復雜的細胞景觀，其特征是細胞群具有特定的轉錄組特征，這不僅取決于細胞類型，也取決于細胞沿著絨毛的位置，”第一作者Carolyn Bomidi說，她是貝勒瑪麗埃斯蒂斯博士實驗室的高級研究助理�！袄�如，在不同位置發現的相同細胞類型可能具有不同的轉錄組特征�！�

研究人員的發現也支持了再生如何發生的新圖景。他們發現，作為對絨毛頂端損傷的反應，隱窩的干細胞亞群更頻繁地分裂，并發育成許多未成熟的腸細胞，這些腸細胞遷移到絨毛頂端，取代那些被輪狀病毒損傷的腸細胞。

輪狀病毒的意外宿主

Blutt、Bomidi和他們的同事驚訝地發現，在簇狀細胞內發現了輪狀病毒的遺傳物質，這種細胞類型以前沒有報道過支持輪狀病毒感染。

博米迪說:“考慮到腸上皮細胞中很少有簇狀細胞，我們能夠檢測到這種病毒是令人興奮的。”“輪狀病毒感染的簇狀細胞增加了特定基因的表達，包括免疫反應基因，這表明它們能夠產生抗病毒反應，并有助于感染后的過程�！�

總之，這些發現提供了證據，表明輪狀病毒感染刺激了干細胞驅動的修復程序，簇狀細胞參與其中，導致未成熟腸細胞的產生，修復受損的上皮細胞。

“我最興奮的是，這是首個關于人類腸道病毒感染后單細胞轉錄本特性的報告，”Blutt說�！拔覀冋J為，這對參與胃腸研究的研究人員來說是一個有價值的信息資源，可以了解每一種細胞類型在病毒感染的情況下如何反應�！�

“我預計，這種方法也將提供新的工具，以調查輪狀病毒和其他感染性或炎癥條件如何導致疾病的未解問題，”共同通訊作者瑪麗·埃斯蒂斯博士說，她是Cullen主席和貝勒分子病毒學和微生物學教授。

DOI

10.1073 / pnas.2112814118

文章標題

Single-cell sequencing of rotavirus-infected intestinal epithelium reveals cell-type specific epithelial repair and tuft cell infection