相關研究以“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)涉及一個復雜的過程，粘膜損傷、屏障功能受損以及免疫細胞的補充和浸潤等，均會導致炎癥反應。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雜的相互作用。“因此，識別協(xié)調(diào)腸道炎癥反應發(fā)生的關鍵調(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胞、免疫細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，器官芯片技術已經(jīng)被用來模擬器官在受控環(huán)境中的功能，這種新設備使得科學家能夠通過添加和移除關鍵因素對系統(tǒng)進行微調(diào)。

領導這項研究的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敏感性上皮細胞（DSS-sensitized epithelium）和免疫細胞之間的相互作用增加了氧化應激，導致腸道微生物群產(chǎn)生炎性細胞因子，并導致免疫細胞的募集。

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)炎癥的關鍵因素。雖然使用益生菌治療可以有效降低氧化應激，但是在DSS誘導屏障破壞后施用益生菌不能修復上皮屏障功能障礙和促炎反應。

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激和隨后由異常細胞間宿主-微生物群串擾介導的促炎級聯(lián)反應*。”

未來，研究人員計劃在他們芯片技術的基礎上，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