腸道會根據進食情況調節營養代謝，這種細胞是關鍵“調節劑”

【資料簡介】

 

 

 

我們的胃腸道是一個復雜的生態系統，與外界保持著不斷的聯系，可以從環境中獲取營養、維持生命能源。但同時，它也是威脅生命的病原體和毒素的窗口。因此，胃腸道需要應對復雜和不斷變化的環境，平衡其養分吸收和宿主防御的功能平衡。相對于食草動物和食草動物，雜食動物的這一挑戰無疑更為艱巨。

 

人類作為雜食動物的一員，必須適應不斷變化的食物、毒素和病原體攝入。也就是說，我們這種雜食生活方式需要更加靈活的胃腸道，以適應各種營養素攝入的變化。科學家們不斷探索著這種適應的分子、細胞機制及其調節。

 

為了明確小腸是否及如何能根據飲食中的營養物質調節消化和吸收相關的酶和轉運蛋白，研究人員設計了特殊的動物飲食，各組僅在蛋白質與碳水化合物的比例上有所不同，并在喂食后通過RNA-seq評估了小鼠胃腸道中的基因表達變化以及系統性代謝情況。結果表明，高碳水化合物飲食影響了參與消化和吸收膳食碳水化合物(以下稱為“碳水化合物轉錄程序”)的腸道和胰腺基因的上調。并且，這一變化與營養處理的功能變化一致。

 

有研究表明，局部組織應對環境變化而產生的轉錄變化可能與上皮重塑有關。因此，研究人員推測組織駐留淋巴細胞和腸上皮細胞之間的協調作用可能與營養物質處理與利用具有相關性。

 

研究人員對喂食高碳水或高蛋白飲食的小鼠小腸上皮進行了單細胞測序，結果顯示，喂食高碳水化合物飲食的小鼠表現出特殊的腸上皮細胞亞群的頻率變化。高碳水化合物飲食僅5天后即可誘導碳水化合物轉錄程序改變，并引起腸上皮細胞重塑。因此，研究人員認為，上皮重塑可能是腸道適應環境變化的一般策略。

 

那么，上皮細胞對葡萄糖的直接感知是否足以驅動碳水化合物轉錄程序的變化呢？研究人員使用不同濃度的葡萄糖培養小腸類器官，其碳水化合物轉錄程序沒有表現出該程序的上調。因此研究人員認為這一調節可能缺少關鍵細胞的參與。實驗結果表明，T細胞參與調節上皮細胞的轉錄反應。出乎意料的是，研究人員發現γδ T細胞才是誘導碳水化合物轉錄程序所必需的細胞。

 

在進一步的研究中，研究人員發現IL -22在對高蛋白飲食的反應中上調，且在碳水化合物相關基因表達減少時表達增加，這表明IL-22可能是這個程序的負調控因子。因此，γδ T細胞通過抑制IL-22的表達來調節碳水化合物處理機制的飲食依賴表達。

 

總而言之，此研究定義了調節腸道對營養物感知的淋巴細胞-上皮回路，證明了腸道淋巴細胞在調節組織對飲食營養的反應中的作用。研究結果表明，淋巴細胞-上皮回路和上皮重塑代表了腸道適應環境變化的一般特征。這些適應作用在細胞和分子水平上將營養和屏障功能聯系起來，使這種復雜的組織能夠根據環境變化調節養分吸收和宿主防御之間的平衡