相關(guān)研究以“Intestinal barrier dysfunction orchestrates the onset of inflammatory host–microbiome cross-talk in a human gut inflammation-on-a-chip”為題發(fā)表在《PNAS》雜志。

DOI：doi.org/10.1073/pnas.1810819115

人類腸道炎癥的引發(fā)涉及一個復(fù)雜的過程，粘膜損傷、屏障功能受損以及免疫細(xì)胞的補充和浸潤等，均會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。在人類和動物模型中的研究也表明，腸上皮組織、微生物和免疫成分之間功能失調(diào)的交互是炎癥發(fā)病機制的關(guān)鍵因素。

然而，在這些交互作用中找出具體哪里以及哪些因素會引發(fā)腸道炎癥并不容易，因為在現(xiàn)有模型中不可能操縱這些復(fù)雜的相互作用。“因此，識別協(xié)調(diào)腸道炎癥反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑非常重要，因為這種識別將支持針對整個炎癥級聯(lián)反應(yīng)的主要引發(fā)者的臨床和治療選擇的發(fā)展。”作者指出。

在這項研究中，作者們使用了一種新的“腸道炎癥芯片”（gut inflammation-on-a-chip），有效地模擬了腸腔細(xì)胞、免疫細(xì)胞和微生物群之間的相互作用，并允許它們觸發(fā)和監(jiān)測腸道炎癥的發(fā)生和發(fā)展。在這種情況下，研究人員模擬了已經(jīng)充分研究的小鼠模型中炎癥的發(fā)展，并得出，這可能是由化學(xué)葡聚糖硫酸鈉( DSS )引起的。

This is UT's Hyun Jung Kim, holding a 'gut-on-a-chip' microphysiological system. [Cockrell School of Engineering, The University of Texas at Austin]

研究人員認(rèn)為，腸道炎癥芯片也是個這種病變的器官芯片（organ-on-a-chip）。迄今為止，器官芯片技術(shù)已經(jīng)被用來模擬器官在受控環(huán)境中的功能，這種新設(shè)備使得科學(xué)家能夠通過添加和移除關(guān)鍵因素對系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Hyun Jung Kim博士說:“通過定制腸道中的特定條件，我們可以為這種疾病建立起原始的催化劑或起病引發(fā)劑。如果我們能確定根本病因，就能更準(zhǔn)確地找到合適的治療方法。”

使用這種新型微芯片（microchip），研究人員發(fā)現(xiàn)，DSS治療在不造成細(xì)胞毒性損傷的情況下，損害了上皮屏障的完整性、腸絨毛的結(jié)構(gòu)和粘液的產(chǎn)生。此外，DSS的影響是可逆的，研究結(jié)果表明，DSS敏感性上皮細(xì)胞（DSS-sensitized epithelium）和免疫細(xì)胞之間的相互作用增加了氧化應(yīng)激，導(dǎo)致腸道微生物群產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，并導(dǎo)致免疫細(xì)胞的募集。

重要的是，研究還表明，破壞上皮屏障的完整性和功能是引發(fā)炎癥的關(guān)鍵因素。雖然使用益生菌治療可以有效降低氧化應(yīng)激，但是在DSS誘導(dǎo)屏障破壞后施用益生菌不能修復(fù)上皮屏障功能障礙和促炎反應(yīng)。

作者總結(jié)道:“利用腸道炎癥芯片，我們發(fā)現(xiàn)屏障功能障礙是引發(fā)腸道炎癥關(guān)鍵的觸發(fā)因素之一。維持上皮屏障的完整性對于抑制粘膜氧化應(yīng)激和隨后由異常細(xì)胞間宿主-微生物群串?dāng)_介導(dǎo)的促炎級聯(lián)反應(yīng)*。”

未來，研究人員計劃在他們芯片技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)更定制化的人類腸道疾病模型，如炎癥性腸病或結(jié)直腸癌模型，以確定腸道微生物群如何控制炎癥、癌癥轉(zhuǎn)移以及微生物群對癌癥免疫治療效果的影響。

責(zé)編：艾曼

參考資料：

Probiotics May Not Always Benefit Gut Health

Intestinal barrier dysfunction orchestrates the onset of inflammatory host–microbiome cross-talk in a human gut inflammation-on-a-chip