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”為題發表在《PNAS》雜志。

DOI：doi.org/10.1073/pnas.1810819115

人類腸道炎癥的引發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的交互是炎癥發病機制的關鍵因素。

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腸道炎癥并不容易，因為在現有模型中不可能操縱這些復雜的相互作用。“因此，識別協調腸道炎癥反應發生的關鍵調節劑非常重要，因為這種識別將支持針對整個炎癥級聯反應的主要引發者的臨床和治療選擇的發展。”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，并允許它們觸發和監測腸道炎癥的發生和發展。在這種情況下，研究人員模擬了已經充分研究的小鼠模型中炎癥的發展，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，器官芯片技術已經被用來模擬器官在受控環境中的功能，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進行微調。

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），研究人員發現，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、腸絨毛的結構和粘液的產生。此外，DSS的影響是可逆的，研究結果表明，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。

作者總結道:“利用腸道炎癥芯片，我們發現屏障功能障礙是引發腸道炎癥關鍵的觸發因素之一。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反應*。”

未來，研究人員計劃在他們芯片技術的基礎上，開發更定制化的人類腸道疾病模型，如炎癥性腸病或結直腸癌模型，以確定腸道微生物群如何控制炎癥、癌癥轉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