一、引言

肠道是结构复杂的动态生态系统，涵盖多种细胞类型并定植大量肠道微生物，共同维持营养吸收、屏障防御及免疫稳态等核心功能。肠道功能紊乱与多种肠道疾病发生密切相关，其分子机制涉及细胞异质性改变、细胞间互作异常及微生物-宿主调控失衡。

传统群体细胞分析平均化细胞间差异，无法捕捉稀有细胞亚群、过渡态细胞特征，难以精准解析肠道生理与病理过程的分子调控机制。单细胞组学技术实现了研究尺度从“群体”到“单个细胞”的跨越，可在单细胞水平高通量分析基因组、转录组等生物分子特征，精准捕捉细胞异质性，揭示细胞功能状态与分子调控网络，已广泛应用于肠道细胞图谱构建、细胞分化机制等核心科研领域，推动肠道健康研究向精准化、深度化发展。

单细胞组学技术在肠道健康中的分析及应用

二、单细胞组学核心技术体系

单细胞组学技术核心包括单细胞基因组测序、转录组测序、蛋白质组学及表观遗传测序，各技术在科研场景中各有侧重、相互补充，可根据研究目标选择适配技术或联合应用。

（一）单细胞基因组与转录组测序

单细胞基因组测序（scDNA-seq）与转录组测序（scRNA-seq）是肠道健康科研中应用最广泛的单细胞技术。scDNA-seq通过分离单个细胞、提取扩增基因组DNA并测序，获取单个细胞基因组图谱，揭示基因组变异特征，重点应用于肠道细胞增殖分化过程中基因组动态变化及疾病相关基因突变的单细胞解析，可与scRNA-seq联合实现“基因组-转录组”跨维度关联分析。

scRNA-seq聚焦单个细胞转录本分析，核心流程包括单细胞悬液制备、mRNA捕获、反转录扩增及文库构建，通过测定mRNA表达谱区分细胞类型、解析功能状态。10x Genomics等平台凭借高通量、低成本优势成为肠道组织单细胞分析首选，例如科研人员利用scRNA-seq分析小鼠和人类肠黏膜组织，发现肠神经胶质细胞特定亚群通过表达WNT配体促进肠道干细胞自我更新，为干细胞调控机制研究提供关键数据。

（二）单细胞蛋白质组学

单细胞蛋白质组学在单个细胞水平分析蛋白质组成、丰度及修饰状态，直接反映细胞功能、信号传导及异质性，弥补基因组与蛋白质组的“表达鸿沟”。肠道不同部位细胞异质性明显，该技术可实现肠道细胞功能精准解析，例如科研人员利用单细胞原位空间蛋白质组学技术，对8个不同肠道部位进行深度解析，分析270万个单细胞并鉴定25种细胞类型，绘制肠道组织空间细胞图谱，揭示肠道区域细胞复杂性与异质性。

此外，该技术可精准捕获肠道细胞中分泌蛋白、信号转导蛋白的表达变化，解析蛋白质降解途径，为肠道细胞稳态调节、细胞间信号传导研究提供直接蛋白水平证据。

（三）单细胞表观遗传测序

单细胞表观遗传测序聚焦单个细胞表观遗传修饰模式（DNA甲基化、组蛋白修饰等），核心技术包括单细胞甲基化测序、染色质可及性测序等，主要应用于肠道细胞分化、基因表达调控机制研究。该技术可揭示肠道细胞分化过程中表观遗传修饰的动态变化，明确其对肠道干细胞分化、肠上皮细胞功能特化的调控作用。

目前该技术存在测序通量有限、数据解读复杂等局限，科研应用集中于特定领域，需与其他单细胞技术联合使用，才能全面解析肠道健康分子调控网络。

三、单细胞组学技术在肠道健康中的核心科研应用

（一）肠道细胞类型精准识别与稀有细胞亚群挖掘

肠道细胞类型复杂，传统方法难以精准区分细胞亚型及稀有细胞亚群，单细胞组学技术可通过基因或蛋白表达模式差异实现精准分类与挖掘。在肠道炎症科研中，科研人员对结肠炎小鼠肠道活细胞进行scRNA-seq分析，鉴定15个细胞簇，发现炎症状态下上皮细胞、基质细胞数量显著减少，单核吞噬细胞表型改变，且T细胞簇内IFN-γ表达与炎症进程相关。

另有研究通过scRNA-seq发现肠道上皮内淋巴细胞包含多个独特T细胞亚群，炎症组织中激活的Th17细胞增多，而CD8+ T细胞、Treg细胞数量减少，明确免疫细胞亚群变化与炎症的关联。此外，该技术成功挖掘出肠道屏障修复相关过渡态肠上皮细胞等稀有亚群，为肠道精细调控机制研究提供新对象。

（二）肠道细胞分化与状态转换的动态追踪

肠道细胞分化与状态转换是维持肠道稳态的核心，单细胞组学技术可通过伪时间轨迹分析等方法，精准揭示其分子机制。在肠道发育科研中，科研人员结合scRNA-seq与空间转录组学技术，分析不同发育阶段胚胎肠道样本，确定101个细胞状态，揭示隐窝-绒毛轴形成、肠道免疫群体发育等关键过程，明确成纤维细胞亚型分化层次及功能。

在肠道肿瘤研究中，利用scRNA-seq发现肿瘤内存在广泛转录重构，形成富含错配修复缺陷的免疫中心，明确肿瘤微环境中细胞状态转换特征。此外，该技术可追踪肠道干细胞向特定肠上皮细胞分化全过程，构建细胞谱系树，揭示分化关键调控基因与信号通路。

（三）肠道微生物-宿主互作的分子机制解析

单细胞组学技术为解析肠道微生物-宿主精准互作提供全新科研方法。科研人员通过共聚焦成像与单细胞分选、测序联合技术，实现单个肠道菌表型与分类学身份的直接关联，同时通过scRNA-seq分析宿主肠道细胞基因表达变化，明确不同微生物菌株对宿主细胞代谢、免疫基因的调控作用。

在有益菌研究中，利用该技术发现双歧杆菌对肠道细胞的调控具有细胞特异性，可上调肠上皮细胞紧密连接蛋白表达、激活免疫细胞抗炎反应，为益生菌作用机制研究提供精准分子证据。此外，该技术可揭示微生物与宿主免疫系统的互动及肠道屏障功能失调机制，明确微生物调控宿主肠道健康的核心靶点。

（四）肠道免疫调控机制的深度解析

单细胞组学技术可精准解析肠道免疫细胞异质性、功能状态及调控机制。研究发现小肠和大肠免疫细胞亚群组成存在显著差异，大肠中存在独特Paneth样细胞，同时鉴定出肠道细胞潜在新标记基因，明确肠道免疫区域特异性调控特征。

在肠道炎症研究中，结合流式细胞术与scRNA-seq技术，发现炎症状态下肠道巨噬细胞亚群发生明显分化，其基因表达与微生物群组成显著相关，明确巨噬细胞在炎症中的调控作用。另有研究从结肠炎模型小鼠固有层中分离出20个B细胞簇，发现幼稚B细胞具有特异性IFN-γ特征，证实B细胞亚群异常与肠道炎症的关联。

四、单细胞组学技术在肠道健康科研中的挑战与发展趋势

（一）科研层面面临的主要挑战

该技术在肠道健康科研中面临三大核心挑战：

一是样本处理方面，肠道组织质地复杂，单细胞悬液制备易出现细胞死亡、多细胞黏附等问题，需通过生物信息学工具筛选低质量细胞，增加科研复杂度；

二是数据处理方面，单细胞数据量大、维度复杂，存在系统误差与技术噪音，数据解读对生物信息学能力要求较高；

三是技术应用方面，单细胞蛋白质组学低丰度蛋白检测困难，表观遗传测序通量低、成本高，限制大规模样本研究应用。

（二）科研领域发展趋势

未来该技术将聚焦三个发展方向：

一是技术优化，完善单细胞分离、测序及数据分析技术，降低成本、提升数据质量，优化肠道组织单细胞悬液制备方法；

二是多组学联合应用，整合单细胞组学与转录组学、代谢组学等技术，系统解析肠道细胞调控网络，提升科研结论可靠性；

三是科研深度拓展，聚焦稀有细胞亚群、微生物-宿主精准互作等核心方向，结合空间转录组学实现“单细胞+空间”精准定位，深入解析肠道健康与疾病分子机制。

（三）单细胞测序服务哪个公司有？

乐备实单细胞测序服务，依托标准化的实验室操作流程、完善的样本处理体系与专业的单细胞数据分析能力，搭建了成熟的单细胞测序技术平台，可精准匹配肠道健康相关科研的全流程技术需求，为科研工作者开展肠道细胞异质性、微生物-宿主互作等领域相关研究提供专业、高效的一站式技术服务，全方位助力肠道健康科研成果的探索与转化。

乐备实（上海优宁维生物科技股份有限公司旗下全资子公司），是国内专注于提供高质量蛋白检测以及组学分析服务的实验服务专家，自2018年成立以来，乐备实不断寻求突破，公司的服务技术平台已扩展到单细胞测序、空间多组学、流式检测、超敏电化学发光、Luminex多因子检测、抗体芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫组化、DSP空间多组学等30多个，建立起了一套涵盖基因、蛋白、细胞以及组织水平实验的完整检测体系。

 
我们可提供从样本运输、储存管理、样本制备、样本检测到检测数据分析的全流程服务。凭借严格的实验室管理流程、标准化实验室操作、原始数据储存体系以及实验项目管理系统，已经为超过3000家客户单位提供服务，年检测样本超过100万，受到了广大客户的信任与支持。