Nature最新研究填补空白：你真的了解你的肠道吗？

游客来到一个陌生的城市，如果只使用一张地形图，无论多么详细，都很难找到方向。因此，大多数旅游地图都会突出标记景点和著名地标。早在16世纪，我们就在解剖书中就描绘出人类小肠的区域。例如，我们知道，这个消化道平均有6米长，上面覆盖着数百万绒毛，这些细小的手指状突起使消化道的表面积增加了30倍，它们被隐窝状的裂缝分开。然而，到目前为止，人们还不清楚在这个由隐窝和绒毛组成的复杂结构中，有趣的景点和著名的地标在哪里。

在《自然》杂志报道的一项新研究中，魏茨曼科学研究所的研究人员和谢巴医疗中心普通外科的专家编制了人类小肠各种活动区域的第一张详细地图，揭示了小肠之所以能如此有效地吸收营养并保护身体免受感染的原因。

从内壁的隐窝到突出的绒毛的尖端，小肠各处的情况完全不同。虽然最靠近小肠壁的区域有充足的血液和氧气供应，但绒毛尖端的环境缺氧，营养物质和细菌饱和。2018年，魏茨曼大学分子细胞生物系Shalev Itzkovitz教授领导的一个研究小组发现，小鼠小肠中的绒毛细胞能够适应不断变化的环境，并根据它们在绒毛上的相对位置执行特定的功能。

“在那之前，我们只研究过小鼠，”在Itzkovitz的实验室完成博士研究的Yotam Harnik博士说，他讲述了构建人类小肠遗传图谱的项目的起源。

“一天，我在魏茨曼校区的草坪上吃午饭，和外科住院医师Oran Yakubovsky博士聊天，他六个月前在我们的实验室开始了他的博士课程。他问我为什么我们不从手术室取出人体肠道组织。我说："这样做的问题之一是，外科医生通常不会在一个人的肠道是健康的情况下切掉它的大部分。”

Yakubovsky解释说:“我们决定分析人类肠道组织，使用Whipple手术的样本，在这种手术中，由于胰腺病变，胰腺的头部被切除。在这个过程中，外科医生还切除了整个十二指肠，即小肠的第一部分。从研究的角度来看，这种方法的优点之一是，由于解剖原因而被切除的肠道组织被认为是健康的，可以用来研究正常的肠道。我们能够与普通外科部门合作，确保每个样本的整体迅速冷冻。”与此同时，魏茨曼研究所获得了一项新技术，使研究人员能够有效地绘制组织中的空间基因表达图谱，并以50微米的分辨率分析哪些基因在每个区域表达以及表达程度。

缓释脂肪

在Harnik和Yakubovsky等人的领导下，研究人员与魏茨曼分子细胞生物系Rouven Hoefflin博士合作，绘制了这份图谱，揭示了围绕小肠运作的一些长期谜团。

早在20世纪50年代，科学家们就发现食物中的脂肪被吸收到血液中有长达两天的延迟，这可以防止血脂水平飙升，但这究竟是如何起作用的一直不清楚。

而人类肠道的图谱表明，人体绒毛对脂肪的消化类似于一条流水线： 绒毛底部的细胞将食物中的脂肪包裹成脂肪滴，几个小时后，当这些细胞沿着绒毛前进到达顶端时，它们才将脂肪装上 “货运卡车”，这些巨大的颗粒将脂肪通过淋巴系统运送到血管，并从那里储存在体内。我们体内铁平衡的调节也像一条流水线： 铁在隐窝和绒毛底部被吸收；当细胞到达绒毛顶端时（取决于体内的铁含量），它们要么将储存的铁释放到血液中，要么带着铁在肠腔中死去。

图谱还显示，消化其他重要营养物质(氨基酸、短蛋白和糖)所需的酶的吸收和产生只发生在绒毛的尖端，而这些突起底部的细胞专门吸收维生素和矿物质。至于小肠提供的免疫防御，研究人员发现，绒毛尖端的细胞分泌抗菌蛋白，直接攻击细菌，同时也向免疫系统中最具攻击性的细胞发出求救信号。因此，人类绒毛的尖端被发现富含促进炎症的免疫细胞。

漫长而曲折的通道

解剖学教科书传统上把健康人小肠中的绒毛描述为直的、手指状的突出物。然而，研究人员在编制地图册时发现，绒毛会从其他绒毛分支出来，而在此之前，只有在癌变中才能观察到这种现象。科学家们认为，这种分支的作用是进一步增加小肠的表面积，促进吸收。这些发现是通过一种新方法获得的，这种方法可以让研究人员在不破坏组织完整性的情况下记录组织的三维空间结构。

“我们的图谱提供了一些基础研究问题的答案，但它也可以应用于临床问题，”Itzkovitz说。“现在我们已经绘制了健康小肠的图谱，我们可以开始进一步了解它在患病、衰老、服用某些药物或采用特定饮食时所经历的变化。这个框架允许魏茨曼的医生研究人员将临床出现的问题转化为可以提供答案的研究。”

Nachmany补充说:“魏茨曼研究所和普通外科的合作已经在人体组织生理和解剖工作的最基本方面产生了一系列引人入胜的研究。基础研究和临床医学这两个领域的合作是一项了不起的成就，这在《自然》杂志上的这项研究中得到了体现。我们正在努力加强这种联系，并希望更多的外科住院医师将大量时间花在研究所的研究上。我们相信，这将对双方都有深远的好处。”