今天分享一篇 2026 年 10 月在线发表于《Nature Communications》的高分文章，DOI：10.1038/s41467026788528。 

该研究开发了microDBiT新型空间转录组技术，可以在同一张组织切片上，同时解析宿主组织与肠道细菌的 RNA 表达（mRNA+rRNA）。

利用该技术，作者对无菌小鼠、定殖复合菌群的悉生小鼠以及 DSS 诱导结肠炎小鼠的回肠、结肠开展空间图谱绘制，直观展现菌群定殖、炎症状态下，宿主和微生物位置特异性转录组改变，为解析宿主微生物的原位互作提供全新工具。

一、研究背景

宿主和肠道微生物共生共存，二者动态互作是维持机体健康、调控疾病进程的关键。

想要完整解析这种互作，需要无偏、保留空间位置信息的技术，同时测绘组织原位的宿主与微生物基因表达。

现有的技术仍存在明显短板：

1.宏基因组空间技术大多只能检测 DNA，仅能做到菌群 “科” 水平分类，获取信息有限；

2.成像类空间测序技术受探针限制，只能检测有限的少数菌种；

3.SHMse、SmT 等测序类空间方法仅能测细菌 16S rRNA，无法捕获细菌 mRNA，得不到细菌真实转录活性信息。

DBiTseq 是已发表的微流控空间转录组平台，本研究在此基础上优化，开发microDBiT：

兼顾宿主 mRNA，同时捕获细菌 mRNA 与 rRNA。

研究分别用悉生小鼠模型（人工定植 22 种人源肠道菌）、DSS 诱导的炎症性肠病模型对平台进行验证，实现炎症、上皮损伤、免疫激活、微生物空间定位的高分辨率联合解析。

 二、实验技术体系：microDBiT 工作流程

microDBiT 继承 DBiTseq 的微流控双条形码核心架构，新增一套专门适配细菌 RNA 捕获的样本前处理方案：

1.组织甲醛固定，原位保存 RNA；溶菌酶酶解细菌细胞壁，表面活性剂通透宿主与细菌细胞膜；

2.利用大肠杆菌 poly (A) 聚合酶 I，给细菌 RNA 加上 polyA 尾；该酶优先给细菌 mRNA 加尾；

3.在组织切片原位使用 oligo (dT)+ 随机六聚体混合引物完成逆转录，最大化捕获宿主、细菌两类 RNA；

4.两套正交微流控芯片先后施加两套 DNA 条形码，为组织上每一个空间位点生成独一无二的空间索引；

5.蛋白酶 K 裂解组织，磁珠捕获 cDNA，模板切换、PCR 扩增，构建文库上机测序。

图 1｜microDBiT 完整实验工作流程

三、核心研究结果

（一）.microDBiT 表征悉生小鼠结肠宿主微生物空间转录特征

研究设置两组小鼠：无菌（GF）小鼠；悉生小鼠，灌胃接种包含 22 株人源肠道菌的复合菌群，定植两周等待菌群稳定。肠道组织制备 “瑞士卷” 切片，同时覆盖近端、远端结肠，使用 50μm 分辨率芯片开展 microDBiT 检测。

每个空间 spot 宿主 + 细菌总 UMI 约 20003000，单 spot 细菌 mRNA/rRNA 的 UMI 范围 01000，数值高低由该位点细菌丰度决定。

额外凝胶嵌入混合细菌的体外验证实验证明：该技术对革兰氏阳性、革兰氏阴性菌均可有效捕获 RNA。

图 2｜无菌 / 悉生小鼠结肠组织空间转录组分析

1.宿主组织分群 基于宿主基因表达，结肠切片分出 7 大细胞聚类，归属于固有层 LP、上皮层、肌肉层三大解剖结构；固有层分出 LP1/LP2/LP3 亚群，上皮分为 Epithelial1/2/3 亚群，和结肠解剖空间分布完全匹配。

对比无菌与悉生小鼠：菌群定植之后，上皮层 TCRα（T 细胞受体）、Igh（免疫球蛋白重链）表达显著上调，提示菌群定植诱导结肠上皮局部适应性免疫激活，T、B 细胞浸润增加。

2.肠道细菌空间分布特征 细菌 UMI 信号主要富集在上皮附近，固有层、肌肉层信号很低；近端、远端结肠细菌丰度更高，中间区段丰度偏低。

检测到丰度最高的是卵形拟杆菌 B. ovatus，其次是 B. faecis、B. uniformis，均属于拟杆菌属；同时检测到嗜黏蛋白阿克曼菌、霍氏罗斯氏菌等功能重要菌株。

部分菌种存在共定位现象，拟杆菌属多个物种倾向于出现在同一个空间位点。

5.同一菌种内部存在空间生态位转录异质性 重点分析丰度最高的卵形拟杆菌 B. ovatus，在近端结肠识别出两个完全不同的生态位 Niche1、Niche2:

Niche1  高表达肽聚糖合成酶 MraY、α淀粉酶基因，参与多糖降解、生物膜形成；

Niche2  高表达 β葡萄糖苷酶 bglX、TonB 依赖受体，负责营养匮乏环境下的物质摄取。

两个生态位周围的宿主细胞组成也不一样：

Niche1 以 Epithelial3 上皮细胞为主;

Niche2 富集 Epithelial1、LP1。

说明同一株细菌，处在宿主不同微环境，转录组会发生巨大改变。

小结：microDBiT 可以直接在组织原位，观察到同一细菌物种在不同宿主微环境下的功能分化。

（二）.更高分辨率解析近端、远端结肠宿主微生物互作

研究者们使用 25μm 更高分辨率芯片，分别解析悉生小鼠近端、远端结肠。 

图 3｜悉生小鼠近端、远端结肠高分辨 microDBiT 空间图谱

1.细菌依旧集中分布在上皮与固有层；近端、远端的物种组成大体接近，B. ovatus 占比约 40%；

2.但是菌种共定位模式存在区域差异：部分细菌如 F. prausnitzii、C. sporogenes 在近端、远端展现不一样的空间共分布，代表物种具备环境偏好；

3.即使是同一个 B. ovatus，在近端结肠内部也存在两个转录状态不同的亚群，16S rRNA 表达、TonB 受体基因表达出现分化。

证明：结肠不同解剖位置的局部微环境，塑造细菌转录状态，即便同一个菌种，在肠道不同位置功能并不完全相同。

（三）回肠（小肠）的宿主微生物空间图谱

和结肠相比，回肠细菌载量低 100→1000 倍，菌群组成完全不一样。

图 4｜无菌、悉生小鼠回肠宿主细菌空间转录组

1.回肠每个 spot 细菌 UMI 普遍只有 0150；

细菌同样定位在上皮、固有层附近；

2.优势菌种发生更替：嗜黏蛋白阿克曼菌 A. muciniphila 取代 B. ovatus 成为回肠丰度最高的物种；

拟杆菌属物种的共聚集现象减弱；

3.对比无菌和悉生回肠宿主转录组：菌群定植上调 Pigr（IgA 跨上皮转运受体，黏膜免疫标志）、Jmjd6（组蛋白去甲基化酶，免疫表观调控）；

同时线粒体翻译、蛋白转运、染色质重塑相关基因发生下调，提示菌群定植重塑小肠上皮代谢、免疫、表观状态。

（四）DSS 诱导结肠炎模型：炎症扰动下宿主微生物原位互作

为验证 microDBiT 在疾病模型的应用，研究者们构建 DSS 硫酸葡聚糖钠诱导小鼠急性结肠炎，SPF 无特定病原体小鼠，分为对照组和 DSS 造模组。

造模成功标志：体重下降、结肠缩短。

图 5｜DSS 结肠炎小鼠结肠宿主微生物空间转录组

1.宿主层面变化

DSS 炎症组：肠道出现大量孤立淋巴滤泡；

上皮屏障基因 Muc2、Muc3 表达下降；

应激、线粒体、炎症应答基因上调；

上皮亚群的细菌结合模式发生改变。

原本细菌更多结合近端 Epithelial_2；

炎症之后细菌更多富集在 Epithelial_1 区域。

上皮应激标记 Sprr2a1/2 显著升高。

2.微生物层面改变

1）.整体细菌 UMI 总信号下降，代表炎症状态肠道细菌总载量降低，但细菌依旧贴近上皮层；

2）.菌群物种组成重塑：小鼠共生菌 S. musculi 取代正常优势 B. coccoides；降解黏蛋白的 R. gnavus 丰度下降，这和炎症杯状细胞、黏蛋白耗竭相吻合；

3）.细菌转录发生物种特异性重编程：并不是全部细菌基因统一上调或者下调，不同菌种的差异表达基因方向、幅度完全不同。说明结肠炎不只是菌群丰度改变，每一类细菌会根据局部炎症微环境调整自身转录功能；

4）.即使在炎症损伤组织，细菌仍然维持一定的物种共定位模式。

5）.以健康相关的加氏乳杆菌 L. gasseri 为例：L.gasseri 阳性和阴性的组织位点，周围全套微生物转录谱都不一样，说明该菌可以局部改变整个微生态的转录活性。

小结

肠道炎症不只是菌群丰度改变，空间位置、局部宿主微环境会驱动细菌转录组发生高度特异性改变，这是普通宏基因组测序完全看不到的信息。

文末总结

传统宏基因组、16S 测序只能得到肠道内容物的混合样本，丢失空间位置；既往空间微生物技术大多只能测细菌 DNA 或者 16S rRNA，看不到细菌真实转录活性。

microDBiT 填补这一空白，实现组织切片原位，宿主 + 细菌 mRNA 联合空间转录组检测。

利用该技术，文章揭示：

无论是健康还是结肠炎，肠道局部宿主微环境会强烈塑造细菌空间分布以及细菌基因表达；

即使同一个菌种，处在不同组织生态位，功能状态完全不一样。

这项技术为肠道免疫、炎症性肠病、宿主微生物共生机制，提供了强大全新研究工具。后续也可以拓展到其他有组织驻留微生物的器官开展研究。

文献信息

标题：Spatially resolved host and microbiota RNA profiling in the mouse gut using microDBiT

期刊：Nature Communications（2026）

DOI：10.1038/s41467-026-78852-8

数据 GEO：GSE294814