Abstract Regional intestinal immune surveillance remains obscure. In this study, we integrated single-cell RNA sequencing and spatial transcriptomics to create a regional atlas of fetal and adult intestines, consisting of 59 cell subsets, of which eight new subsets and ILCs transition states were identified. Results revealed that microenvironment determines in-situ cell differentiation and shapes the regional molecular characteristics, allowing different intestinal segments with diverse functions. We characterized the regional expression of mucins, immunoglobulins, and antimicrobial peptides (AMPs) and their shift during development and in inflammatory bowel disease. Notably, α-defensins expressed most abundantly in small intestinal LGR5 + stem cells, rather than in Paneth cells, and down-regulated as cell maturing. Common upstream transcription factors controlled the AMPs expression, illuminating the concurrent change of AMPs during epithelial differentiation, and the spatial co-expression patterns. We demonstrated the correspondence of cell focus of risk genes to diseases’ location susceptibility and identified distinct cell-cell crosstalk and spatial heterogeneity of immune cell homing in different gut segments. Overall, a cross-spatiotemporal approach to transcriptomes at single-cell resolution revealed that the regional milieu of the human intestine determined cellular and molecular cues of immune surveillance, dictating gut homeostasis and disease.

Currently, the diagnosis of gastrointestinal diseases relies heavily on electronic endoscopy, which is not suitable for all individuals and insufficient for dynamic patient monitoring. Therefore, there is an urgent need for a convenient and noninvasive examination method to enhance the diagnosis and monitoring of gastrointestinal diseases. Since the tongue is a significant reflection of the digestive system and closely associated with gastrointestinal diseases, our study aims to develop a diagnostic framework based on tongue features. We have collected a dataset of 2,167 tongue coating images from 949 consecutive patients, including 905 images from healthy individuals and 1,262 images from patients with various gastrointestinal conditions. Notably, each patient sample may represent distinct gastrointestinal diseases. This study introduces a novel approach to information fusion detection, integrating hand-crafted and auto-encoded features, alongside disease detection employing Squeeze and Excitation (SE) and Slot attention mechanisms. These two branches respectively analyze image feature and spatial position information when utilizing tongue images for diagnosing gastrointestinal diseases. The amalgamation of predictions from both aspects yields the final detection outcome. For both healthy and diseased cohorts, the optimal classification metrics were achieved: AUC = 0.886, ACC = 0.849, and TPR = 0.965, indicating satisfactory performance. Notably, our framework demonstrated promising results in detecting five common gastrointestinal diseases: Helicobacter pylori infection, bile reflux, reflux esophagitis, gastric erosion, and duodenal erosion. Ablation experiments underscored the efficacy of mixed features in multi-color space, showcasing an increase in AUC and ACC by 13.48 % and 12.05 % respectively. Furthermore, the attention mechanism, by focusing on the middle region of tongue images, contributed to a 6.12 % increase in AUC and a 6.35 % increase in ACC. In this study, we successfully develop and validate a diagnosis framework for gastrointestinal diseases based on tongue image features. By utilizing tongue images, we achieve intelligent diagnosis of gastrointestinal diseases, establishing tongue diagnosis as a convenient, cost-effective, and noninvasive method for diagnosing and screening gastrointestinal diseases.

Oesophagogastroduodenoscopy (OGD) quality and identification of the early upper gastrointestinal (UGI) neoplasm play an important role in detecting the UGI neoplasm. However, the optimal method for quality control in daily OGD procedures is currently lacking. We aimed to evaluate the efficacy of a real-time intelligent quality-control system (IQCS), which combines OGD quality control with lesion detection of early UGI neoplasms.

ABSTRACT Artificial intelligence (AI)-driven discovery of antimicrobial peptides (AMPs) is yet to fully utilise their three-dimensional (3D) structural characteristics, microbial specie-specific antimicrobial activities and mechanisms. Here, we constructed a QLAPD database comprising the sequence, structures and antimicrobial properties of 12,914 AMPs. QLAPD underlies a multimodal, multitask, multilabel, and conditionally controlled AMP discovery (M3-CAD) pipeline, which is proposed for the de novo design of multi-mechanism AMPs to combat multidrug-resistant organisms (MDROs). This pipeline integrates the generation, regression, and classification modules, using a innovative 3D voxel coloring method to capture the nuanced physicochemical context of amino acids, significantly enhancing structural characterizations. QL-AMP-1, discovered by M3-CAD, which possesses four antimicrobial mechanisms, exhibited low toxicity and significant activity against MDROs. The skin wound infection model demonstrates its considerable antimicrobial effects and negligible toxicity. Altogether, integrating 3D features, specie-specific antimicrobial activities and mechanisms enhanced AI-driven AMP discovery, making the M3-CAD pipeline a viable tool for de novo AMP design.

Colon cancer is increasing worldwide and is commonly regarded as hormone independent, yet recent reports have implicated sex hormones in its development. Nevertheless, the role of hormones from the hypothalamus-hypophysis axis in colitis-associated colorectal cancer (CAC) remains uncertain. In this study, we observed a significant reduction in the expression of the oxytocin receptor (OXTR) in colon samples from both patient with colitis and patient with CAC. To investigate further, we generated mice with an intestinal-epithelium-cell-specific knockout of OXTR. These mice exhibited markedly increased susceptibility to dextran-sulfate-sodium-induced colitis and dextran sulfate sodium/azoxymethane-induced CAC compared to wild-type mice. Our findings indicate that OXTR depletion impaired the inner mucus of the colon epithelium. Mechanistically, oxytocin was found to regulate Mucin 2 maturation through β