肠道微皱褶细胞标志蛋白在味蕾细胞中的表达机制及味蕾细胞类微皱褶细胞样功能研究

By analyzing single-cell transcriptome data of different types of taste cells, we found that taste cells selectively expressed multiple marker proteins of intestinal microfold cells (M cells). M cells in lymphoid tissues of the gut have the unique ability to phagocytize macromolecules and microbes to initiate antigen-specific mucosal immune responses. Taste cells as the cellular basis of human taste perception are regularly exposed to foods. In addition to taste-sensing function, how taste cells might recognize and respond to potentially harmful microbes and macromolecules like the intestinal M cells is unknown. Based on above mentioned, the hypothesis of taste bud cells may function as intestinal M cells is proposed in this study. Molecular basis of immune surveillance function of taste bud cells is documented by analyzing the pattern of expression and differentiation of M cell marker proteins in taste bud cells. Through analysis of M cell-like transport function of taste cells, expression of pro-inflammatory cytokines and distribution of immune cell, and behavioral changes of the mice of mature M cell marker gene deletion, we shed light on the new function of taste cells and the correlation with oral taste perception. Elaboration of the above-mentioned M cell-like function of taste cells provides an innovative idea for the research in the field of taste, and may benefit to improve the quality of life and healthy diet of people with abnormal taste.

味蕾细胞单细胞转录组学数据分析，申请者发现味蕾细胞选择性表达有肠道微皱褶细胞多种标志蛋白。微皱褶细胞作为特化的肠道上皮免疫监测细胞，能够识别和胞吞外源有害物质引发皮下免疫应答。味蕾细胞作为人类味觉感受的细胞基础，长期暴露于各种食物中，除了味觉感受功能外，是否具有肠道微皱褶细胞相似的免疫监测等功能尚不清楚。基于此，本研究提出了味蕾细胞类肠道微皱褶细胞样功能假设，拟通过分析微皱褶细胞标志蛋白在味蕾细胞中的表达分布模式和分化调控机制，确定味蕾细胞类肠道微皱褶细胞样功能的分子基础；通过味蕾细胞类微皱褶细胞样转运功能分析、促炎性因子表达和免疫细胞皮下分布、及成熟微皱褶细胞标志蛋白缺失基因敲除小鼠味觉行为改变分析，揭示味蕾细胞类微皱褶细胞样新功能及与口腔味觉感受相关性。上述味蕾细胞类肠道微皱褶细胞样新功能揭示，为味觉领域研究提供新的思路，可能对提高味觉异常者生活质量及健康饮食具有重要指导意义。

摘要：舌上皮作为口腔粘膜的重要组成部分，外周味觉器官味蕾广泛分布其中，味蕾除了味感觉功能外是参与舌面粘膜免疫功能尚不清楚。另外口腔微生物组的多样性和丰富度仅次于肠道，但其在调节味觉信号方面的作用仍不清楚。基于此，首先利用前期单细胞转录组学（RNAseq）数据分析和经典分子生物学技术，我们发现小鼠甜味受体细胞具有类似于肠道微皱褶细胞的基因表达特征。随后，利用一种M细胞分化所需生长因子—肿瘤坏死因子配体超家族成员11（TNFSF11，也成为RANKL），显著增加味觉乳头和味觉类器官中M细胞增殖和标记基因表达。一种介导RANKL调节的M细胞发育和再生所需的转录因子Spib基因的敲除，导致味觉乳头和味觉类器官对RANKL无响应。综合表明味蕾细胞具有肠道 M 细胞相似的调控机制。然后，来自Spib基因敲除小鼠轮廓味蕾，呈现NF-kB信号通路成分和促炎细胞因子的表达减少，同时吸引更少的免疫细胞。然而，与野生型小鼠相比，Spib基因敲除小鼠中脂多糖（LPS）诱导的细胞炎性因子表达强烈上调，而且Spib基因敲除小鼠表现出显著降低的转胞吞作用。从粘膜免疫的多个方面揭示味蕾细胞具有 M 细胞相似的免疫监测功能。最后，Spib基因敲除小鼠味觉行为分析表明，Spib基因缺失改变甜味和鲜味刺激吸引力，表明味觉免疫监测功能与味觉行为密切相关。但这种作用并非来自于味蕾细胞组成和味觉响应功能的改变。总之，上述结果综合表明，味觉受体细胞具有除味觉感受之外的免疫监测功能，参与味觉乳头的免疫监视，可能介导对微生物信号转导和感染的味觉反应。