當你想到自己理想中的社區時，也許你會想到綠樹成蔭的街道，或是一個緊密團結、互幫互助的社區。你可能不會想到你的消化系統，但也許你應該這麼做。根據史丹佛大學醫學院研究人員領導的科學家小組的研究，確實存在由不同類型細胞組成的”鄰裡”，它們相互合作，消化食物，保護你免受感染等等。

這些影像採用先進的成像技術製作而成，使我們能夠研究人類腸道中的細胞。利用顯微鏡和機器人技術的結合，這些科學視覺圖像為我們提供了一扇窗口，讓我們得以了解錯綜複雜的細胞多樣性世界。影像中的各種顏色代表了不同細胞類型中表現的特定分子。這些分子（如蛋白質）在決定腸道內每個細胞的身份和功能方面起著至關重要的作用。透過以不同顏色”描繪”或”標記”特定細胞，我們可以深入了解腸道內複雜的相互作用和結構。在這張特殊的圖片中，每種顏色對應一種特定的分子，提供了不同細胞類型或結構的存在和分佈資訊。圖片來源：史丹佛大學醫學院/斯奈德實驗室/諾蘭實驗室/格林里夫實驗室

就像人類社區擁有街道、餐廳和房屋等共同元素一樣，細胞社區也是由不同數量、具有特定功能的細胞類型組成的。透過結合幾種新的成像和定序技術，研究人員能夠將這些鄰域繪製到單一細胞的水平。

“這是第一次有人繪製出單細胞水平的腸道空間圖，”遺傳學教授兼主席、該研究的共同第一作者邁克爾-斯奈德博士說，他的論文於7月19日發表在《自然》雜誌上。”這有點像是探索一個新的星球，因為我們不知道到底會發現什麼細胞類型，也不知道它們是如何組織的。”

繪製腸道圖

來自史丹佛大學醫學院和其他機構多個實驗室的研究人員參與了這項新的繪圖工作，這是由美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）發起的人類生物分子圖譜計劃（Human BioMolecular Atlas Program）的一部分。該計畫的科學家旨在繪製一幅全面的人體細胞圖譜。

為了繪製腸道圖，科學家檢查了九名已故捐贈者的小腸和大腸的八個區域。研究人員使用了一種名為”索引聯合檢測”（CODEX）的技術，即用螢光抗體（能與某些蛋白質結合併成像的物質）反覆染色和清洗組織，根據每種細胞類型的相對豐度確定了20個不同的細胞鄰域。

人類腸道細胞。資料來源：史丹佛大學醫學院/斯奈德實驗室/諾蘭實驗室/格林里夫實驗室

對一些樣本中的RNA和染色體材料進行的額外分子分析提供了每種細胞類型中更多的細節。

史丹佛大學W. Ascherman醫學博士、FACS遺傳學教授史奈德說：”我們的圖譜旨在作為健康腸道的參考，我們可以用它來比較從腸躁症到早期結腸癌等各種疾病。這將為我們了解各種消化系統疾病奠定基礎。”

腸道大約有20 英尺長，它吸收食物中的營養，保護人體免受微生物的入侵，同時保持有助於消化的有益細菌的健康平衡。

為了完成這些任務，腸道使用了多種類型的細胞，包括構成腸道內壁的上皮細胞、結締組織細胞、神經細胞和免疫細胞。有了新的地圖，科學家就能確定每種細胞類型的位置，以及它們與哪些細胞有關。細胞如何組合在一起決定了它們的功能。

基因組學和個人化醫學中心主任斯奈德和遺傳學教授威廉-格林里夫博士共同領導了這項研究。

人類腸道細胞。資料來源：史丹佛大學醫學院/斯奈德實驗室/諾蘭實驗室/格林里夫實驗室

研究人員也想觀察從靠近胃部到靠近直腸的整個消化道中，健康組織的組織結構是如何變化的。微生物學和免疫學博士後、論文第一作者約翰-希基（John Hickey）博士說：”一個區域的正常現象可能是另一個區域的疾病徵兆。”

一些鄰域，如平滑肌細胞（控制不自主運動）占主導地位的鄰域，在結腸末端變得更加常見，而主要由免疫細胞組成的其他鄰域則變得不那麼常見。

與體重指數和高血壓的關係

除了為健康組織提供參考外，新地圖還揭示了一些有趣的臨床連結。例如，研究人員發現，體重指數較高的捐贈者體內M1巨噬細胞的數量大大增加，這是一種與發炎相關的免疫細胞。

「體重指數較高的人，尤其是超過一定程度的人，罹患胃腸道疾病的風險較高，」希基說。”其中許多疾病都與慢性發炎有關。儘管這些捐贈者沒有胃腸道疾病史，但巨噬細胞的增加可能是疾病前過程的一個指標。”

有高血壓病史的捐贈者體內的另一種免疫細胞（CD8 T細胞）也較少，這種細胞在尋找和消除可能的癌細胞方面發揮作用。透過空間分佈圖，研究人員發現，在腸道內壁上皮細胞的一個特定鄰域中，CD8 T細胞不見了。

希基說：『這是一個出乎意料但卻很重要的結果，因為我們知道免疫系統透過剪除惡性細胞起到了預防癌症的作用。如果CD8 T 細胞較少，罹患癌症的風險可能會更高。事實上，研究表明，高血壓患者更容易罹患大腸癌。”

未來方向

在這項研究中，所有九個樣本都來自成人捐贈者，而且大多數是白人和男性。史奈德說：”我們下一步最大的目標之一就是增加樣本的多樣性，獲得更全面的個體，包括多種種族背景和年齡組。”

科學家也希望繪製腸道的三維圖，這將有助於他們更好地觀察健康腸道中的神經和血管網絡。