《Frontiers in Immunology》：Single-nucleus and spatial transcriptomics reveal intestinal cellular heterogeneity, differentiation, and cell communication mechanisms in SAP-induced intestinal injury
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本研究整合单细胞核RNA测序（snRNA-seq）与空间转录组（stRNA-seq）技术，系统解析了重症急性胰腺炎（SAP）诱发肠损伤过程中肠道细胞的动态重组、空间分布特征及功能调控网络。研究发现SAP导致肠道上皮细胞向免疫交互表型转化（如Cd74上调和Defa24下调），伴随干细胞（Lgr5+/Olfm4+）和潘氏细胞减少、肠细胞增多；空间分析提示局部微环境重构（如潘氏细胞-平滑肌细胞邻近性增强）；细胞通讯分析凸显FN1通路在干细胞-肠细胞-平滑肌细胞互作中的核心作用；转录调控网络显示Hmga2/Myb调节子在干细胞中活性抑制。该研究为SAP肠屏障衰竭机制提供了空间多组学视角。
研究背景
急性胰腺炎（AP）可进展为重症急性胰腺炎（SAP），常伴多器官损伤，其中肠道屏障功能障碍是关键并发症。既往研究虽揭示了肠道细胞的异质性，但缺乏对空间微环境与细胞互作动态的解析。本研究通过构建SAP大鼠模型，结合单细胞核转录组（snRNA-seq）和空间转录组（stRNA-seq）技术，旨在系统阐明SAP诱导肠损伤过程中的细胞组成重塑、空间架构变化及分子调控网络。
方法学
研究采用3%牛磺胆酸钠逆行灌注大鼠胰管建立SAP模型，于造模24小时后取回肠组织进行snRNA-seq和Stereo-seq空间转录组测序。snRNA-seq数据通过Seurat流程进行细胞聚类与注释，空间转录组数据通过Stereopy分析空间可变基因（SVG）及细胞共定位。采用Monocle2构建上皮细胞伪时间轨迹，CellChat推断细胞间通讯，SCENIC分析转录因子调节子活性，并通过免疫荧光验证关键蛋白表达。
结果分析
1. SAP引起肠道细胞组成与空间分布重构
snRNA-seq鉴定出18种主要细胞类型，包括上皮、免疫、干细胞/快速增殖（TA）及基质细胞。SAP组中Lgr5+/Olfm4+干细胞、TA1细胞、杯状细胞和潘氏细胞比例呈下降趋势，肠细胞比例上升（图1E）。空间转录组独立验证潘氏细胞显著减少，脂肪细胞、巨噬细胞、杯状细胞和TA2细胞增加（图1G）。空间邻近性分析显示SAP中Olfm4+干细胞-潘氏细胞、潘氏细胞-平滑肌细胞（SMC）共定位增强，而肠细胞与脂肪细胞、TA2细胞的邻近性减弱（附图S3），提示SAP破坏了隐窝-绒毛微单元的空间组织。
2. 上皮细胞分化轨迹向免疫表型偏移
伪时间轨迹分析显示，SAP组早期干细胞/TA状态细胞减少，晚期肠细胞主导状态扩张（图3D）。上皮细胞基因表达谱呈现免疫交互特征：抗原呈递相关基因（如Cd74、Apoa1）上调，而抗菌/屏障功能基因（如Defa24、Pla2g2a、Dmbt1）下调（图2D）。空间表达模式进一步证实Pla2g2a、Defa24等防御基因在SAP组织中表达降低（图2E），提示上皮细胞在损伤中转向炎症应答模式。
3. FN1通路介导干细胞-基质细胞通讯增强
CellChat分析表明SAP组细胞间通讯全局增强，其中纤维连接蛋白1（FN1）信号通路差异信息流最高（图4D）。Lgr5+干细胞被预测为FN1的主要发送者，靶向肠细胞和平滑肌细胞（图4E）。Fn1及其受体Itga3/Itgb1在SAP组表达升高，空间转录组显示Fn1在隐窝区域富集（图4F-G），表明ECM重塑在SAP肠损伤中起关键作用。
4. Hmga2/Myb调节子活性抑制关联干细胞功能受损
SCENIC分析发现Hmga2和Myb调节子在干细胞中特异性活跃，但其活性与表达在SAP组均下降（图5C-F）。Hmga2靶基因富集于细胞周期调控通路（图5I），免疫荧光显示Olfm4+/Lgr5+干细胞中Hmga2/Myb阳性比例降低（图5J），提示转录调控紊乱可能参与干细胞再生能力减弱。
讨论与展望
本研究通过多组学整合揭示了SAP肠损伤的空间细胞重构规律：上皮细胞分化轨迹向终末状态偏移，FN1介导的ECM信号轴增强，以及干细胞中Hmga2/Myb相关再生程序受抑。空间层析进一步凸显肠道-肠系膜脂肪界面在SAP中的作用。未来需通过功能实验验证FN1/整合素信号或Hmga2/Myb调控在肠屏障修复中的因果性，并将发现向临床样本拓展。
