研究人员还意外地发现，除了肠上皮细胞（通常被轮状病毒感染的细胞类型）之外，肠上皮中的另一种细胞类型簇状细胞也被感染，并可能有助于上皮损伤后的修复反应。该研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上，不仅提供了对轮状病毒感染后愈合过程的更好理解，而且还可能提供有关病毒如何引起疾病的新线索。

“消化道疾病每年影响大约 6000 万美国人。这些疾病通常与上皮受损有关，这会损害其功能，包括食物消化和营养吸收，并影响整体健康，”共同通讯作者说。贝勒大学分子病毒学和微生物学副教授 Sarah Blutt 博士。

研究人员在该项目中的目标是更好地了解小鼠模型中轮状病毒对肠上皮造成损伤后的修复过程。这种病毒每年导致约 1.79 亿例急性胃肠炎病例和约 128,000 例死亡，尤其是儿童。深入了解细胞对感染造成的损伤的反应的细节可以改善治疗方法。

肠道愈合需要团队合作

肠道的内表面衬有一层上皮细胞，这些细胞多次折叠，形成许多细长的手指状突起，称为绒毛，它们之间有隐窝。轮状病毒感染并杀死位于绒毛尖端的肠上皮细胞。

“我们知道尖端的损伤会迅速传递给位于隐窝的干细胞，刺激它们分裂并发育成修复绒毛尖端损伤所需的特化细胞，”布拉特说。

为了更仔细地观察上皮是如何愈合的，该团队应用了一种相当新的技术——单细胞转录组学，以确定哪些基因在尖端和隐窝之间的所有细胞中在单细胞水平上表达。沿着绒毛有许多不同类型的细胞，包括簇状细胞、杯状细胞、肠细胞和干细胞，每种细胞都有特定的功能。

“我们的分析揭示了一个复杂的细胞景观，其特征是具有特定转录组学特征的细胞簇，这不仅取决于细胞类型，还取决于细胞沿绒毛的位置，”第一作者、玛丽博士的高级研究助理 Carolyn Bomidi 说。贝勒的埃斯蒂斯实验室。“例如，在不同位置发现的相同细胞类型可能具有不同的转录组学特征。”

研究人员的发现还支持了关于再生如何发生的新图景。他们发现，为了应对尖端的损伤，隐窝处的干细胞亚群分裂得更频繁，并发育成许多未成熟的肠细胞，这些细胞迁移到绒毛的尖端，以取代那些被轮状病毒损伤的细胞。

轮状病毒的意外宿主

Blutt、Bomidi 和他们的同事惊讶地发现在簇状细胞内发现了轮状病毒遗传物质，这种细胞类型以前没有报道支持轮状病毒感染。

“鉴于肠道上皮中的簇状细胞很少见，我们完全可以检测到病毒这一事实令人兴奋，”博米迪说。“轮状病毒感染的簇状细胞增加了特定基因的表达，包括免疫反应基因，表明它们能够产生抗病毒反应并有助于感染后的过程。”

总而言之，这些发现提供了证据，表明轮状病毒感染刺激了由干细胞驱动的修复程序，簇状细胞参与导致未成熟肠细胞的产生，从而修复受损的上皮。

“我最兴奋的是，这是第一份关于人类肠道病毒感染后单细胞转录物特征的报告，”布拉特说。“我们认为这是参与胃肠道研究的研究人员的宝贵信息资源，可以了解每种细胞类型在病毒感染情况下的反应。”

“我预计这种方法还将提供新的工具来研究轮状病毒和其他感染性或炎症性疾病如何导致疾病的未解决方面，”共同通讯作者、贝勒大学分子病毒学和微生物学教授兼 Cullen 主席 Mary Estes 博士说。