Nature Biotech：全新的无创方法捕捉肠道健康的实时动态

近年来，肠道微生物组的分析炙手可热。除了微生物群外，粪便中还含有脱落的宿主上皮细胞、分泌细胞和免疫细胞，但由于这些细胞的RNA容易降解且存在交叉污染，对其进行RNA分析颇具挑战性。

哥伦比亚大学的研究人员近日开发出一种转录组测序方法，专门针对粪便样本中的“脱落”肠道细胞。这种名为脱落组测序（Foli-seq）的技术有望改善炎症性肠病（IBD）的诊断和治疗。

这篇题为“Fecal exfoliome sequencing captures immune dynamics of the healthy and inflamed gut”的论文于11月17日发表在《Nature Biotechnology》杂志上。

哥伦比亚大学欧文医学中心的Harris Wang博士及其同事写道：“本研究建立了粪便脱落RNA（feRNA）转录组学分析这种无创方法，可近乎实时地评估胃肠道的免疫状态、细胞群体及细胞状态。”

研究人员采用了一种多重扩增子测序方法。他们利用针对炎症和细胞因子基因以及持家基因或组织特异性基因的引物组合，对宿主转录本进行扩增。

“由于肠道内的宿主细胞持续脱落，粪便分析能揭示因内在和外在因素（如饮食、暴露于病原体或化学物质、治疗干预）导致的肠道状态瞬时变化，” 作者写道。

通过对粪便脱落组的扩增片段进行深度测序，研究人员可追踪脱落组的动态变化，将肠道微生物组特征与IBD状态相关联。通过与外部RNA对照联盟（ERCC）提供的一组加标转录本进行比较，他们成功实现了脱落组序列的定量分析。

接下来，他们使用健康小鼠和结肠炎小鼠模型的粪便样本对该方法进行测试和验证。他们发现，Foli-seq技术能够定量检测feRNA中的差异表达基因，它们反映了肠道损伤类型以及抗炎治疗的应答，这是bulk RNA-seq实验无法做到的。

研究团队指出，这些实验发现了反映IBD严重程度、进展及治疗应答的潜在标志物，而后续的16S核糖体RNA-seq分析和小鼠定植实验则揭示了脱落转录本与肠道微生物组特征之间的关联。

之后，研究人员利用Foli-seq技术对一项前瞻性IBD研究中的123份冷冻粪便样本进行分析，以检测543个目标基因，这些样本来自克罗恩病或溃疡性结肠炎患者。

这项技术成功标记了四组脱落组转录本，它们不仅能区分不同的IBD病例，还能将IBD病例与健康对照区分开来。

基于这些结果，研究人员认为Foli-seq和feRNA分析的临床应用“可显著改善IBD的诊断、管理和治疗，同时减少对昂贵的侵入性检测手段的依赖”。

作者指出，目前版本的Foli-seq技术在每次反应中可定量检测多达800个基因，他们计划通过优化引物设计来不断提高检测通量。这种策略还可以推动未来对人体其他部位的脱落转录本的研究。

“通过将脱落组学与其他多组学技术相结合，” 他们写道，“我们设想未来能够非侵入性地追踪不同器官的基因表达和定位，同时分析其与不同环境、化学物质和微生物组的相互作用。”