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.

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.

Abstract Colon cancer is commonly regarded as hormone-independent. However, there have been reports suggesting the involvement of sex hormones in colon cancer 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 colitis and CAC patients. To investigate further, we generated mice with an intestinal epithelium cell (IEC)-specific knockout of OXTR. These mice exhibited markedly increased susceptibility to dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis and DSS/Azoxymethane (AOM)-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 MUC2 maturation through B3GNT7-mediated fucosylation. Interestingly, we observed a positive correlation between B3GNT7 expression and OXTR expression in human colitis and CAC colon samples. Moreover, the administration of oxytocin significantly alleviated tumor burden. Hence, our study unveils oxytocin’s promising potential as an affordable and effective therapeutic intervention for individuals affected by colitis and CAC.

Abstract FAM76B has been reported to be a nuclear speckle localized protein with unknown function. In this study, FAM76B was first demonstrated to inhibit the NF-κB-mediated inflammatory pathway by affecting the translocation of hnRNPA2B1 in vitro. We further showed that FAM76B suppressed inflammation by regulating the NF-κB pathway in vivo using a traumatic brain injury (TBI) model in FAM76B knockout mice. Lastly, FAM76B was shown to interact with hnRNPA2B1 in human tissues taken from patients with acute, organizing, and chronic TBI, and with different neurodegenerative diseases. The results suggested that FAM76B mediates neuroinflammation by influencing the translocation of hnRNPA2B1 in vivo during TBI repair and neurodegenerative diseases. In summary, we for the first time demonstrated the role of FAM76B in regulating inflammation and further showed that FAM76B could regulate the NF-κB-mediated inflammatory pathway by affecting hnRNPA2B1 translocation, which provides new information for studying the mechanism of inflammation regulation.