相关研究以“Intestinal barrier dysfunction orchestrates the onset of inflammatory host–microbiome cross-talk in a human gut inflammation-on-a-chip”为题发表在《PNAS》杂志。

DOI：doi.org/10.1073/pnas.1810819115

人类肠道炎症的引发涉及一个复杂的过程，粘膜损伤、屏障功能受损以及免疫细胞的补充和浸润等，均会导致炎症反应。在人类和动物模型中的研究也表明，肠上皮组织、微生物和免疫成分之间功能失调的交互是炎症发病机制的关键因素。

然而，在这些交互作用中找出具体哪里以及哪些因素会引发肠道炎症并不容易，因为在现有模型中不可能操纵这些复杂的相互作用。“因此，识别协调肠道炎症反应发生的关键调节剂非常重要，因为这种识别将支持针对整个炎症级联反应的主要引发者的临床和治疗选择的发展。”作者指出。

在这项研究中，作者们使用了一种新的“肠道炎症芯片”（gut inflammation-on-a-chip），有效地模拟了肠腔细胞、免疫细胞和微生物群之间的相互作用，并允许它们触发和监测肠道炎症的发生和发展。在这种情况下，研究人员模拟了已经充分研究的小鼠模型中炎症的发展，并得出，这可能是由化学葡聚糖硫酸钠( 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]

研究人员认为，肠道炎症芯片也是个这种病变的器官芯片（organ-on-a-chip）。迄今为止，器官芯片技术已经被用来模拟器官在受控环境中的功能，这种新设备使得科学家能够通过添加和移除关键因素对系统进行微调。

领导这项研究的Hyun Jung Kim博士说:“通过定制肠道中的特定条件，我们可以为这种疾病建立起原始的催化剂或起病引发剂。如果我们能确定根本病因，就能更准确地找到合适的治疗方法。”

使用这种新型微芯片（microchip），研究人员发现，DSS治疗在不造成细胞毒性损伤的情况下，损害了上皮屏障的完整性、肠绒毛的结构和粘液的产生。此外，DSS的影响是可逆的，研究结果表明，DSS敏感性上皮细胞（DSS-sensitized epithelium）和免疫细胞之间的相互作用增加了氧化应激，导致肠道微生物群产生炎性细胞因子，并导致免疫细胞的募集。

重要的是，研究还表明，破坏上皮屏障的完整性和功能是引发炎症的关键因素。虽然使用益生菌治疗可以有效降低氧化应激，但是在DSS诱导屏障破坏后施用益生菌不能修复上皮屏障功能障碍和促炎反应。

作者总结道:“利用肠道炎症芯片，我们发现屏障功能障碍是引发肠道炎症关键的触发因素之一。维持上皮屏障的完整性对于抑制粘膜氧化应激和随后由异常细胞间宿主-微生物群串扰介导的促炎级联反应*。”

未来，研究人员计划在他们芯片技术的基础上，开发更定制化的人类肠道疾病模型，如炎症性肠病或结直肠癌模型，以确定肠道微生物群如何控制炎症、癌症转移以及微生物群对癌症免疫治疗效果的影响。

责编：艾曼

参考资料：

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