肠道干细胞驱动类器官构建的基础原理2026-10-22 08:34:22
通过整合现有研究成果与技术前沿,本文旨在系统阐述肠道类器官模型如何突破传统研究因“人源化模型缺失”与“细胞类型单一”而无法真实再现宿主-病原体时空互作的核心瓶颈,从而为深入解析食源性致病菌的感染机制、筛选高效药物靶点及建立疫苗评价体系,提供全面的学术参考。肠道干细胞是研究肠上皮稳态、再生与疾病的核心单元,其表面标志物Lgr5+在维持隐窝-绒毛结构与干细胞自我更新中发挥关键作用。生理条件下,位于隐窝基底的干细胞通过产生过渡放大细胞,并沿隐窝-绒毛轴向分化为吸收性肠细胞、杯状细胞、潘氏细胞及肠内分泌细胞等,驱动肠上皮的持续更新。基于这一生物学基础,研究人员开发出两类主要类器官模型:ASC来源的类器官培养周期短、遗传稳定且保留区域特异性,但缺乏间充质成分且长期培养可能漂变;PSC来源的类器官则模拟胚胎发育过程,具备上皮-间充质组分与更强可塑性,适用于发育及上皮-间质互作研究,但培养周期长、成熟度较低且批次差异大。这两类模型均在结构和功能上高度仿生,形成具有隐窝-绒毛样极性的三维结构,并可实现屏障形成、黏液分泌等关键生理活动。通过进一步工程化改造,它们已成为研究病原体感染机制的强大体外平台。肠道类器官的构建核心在于在体外模拟支持干细胞自组织形成三维结构的体内微环境。
其干细胞来源主要包括两类:ASC可通过直接酶消化分离肠道隐窝获得;PSC则需通过时序性调控无翅型MMTV整合位点家族与节点生长分化因子等关键发育信号通路,定向诱导分化为肠道谱系。构建时,干细胞被包埋于基质胶中,并在添加特定生长因子的培养液中生长,逐步自组织形成成熟的3D类器官。核心生长因子包括R-脊椎蛋白1、表皮生长因子促进肠上皮细胞增殖及头蛋白抑制骨形态发生蛋白活性,维持隐窝结构。对于人源结肠类器官培养,需额外补充Wnt-3a以补偿潘氏细胞缺失导致的WNT信号不足。
出自《肠道类器官模型在食源性致病微生物研究中的进展与挑战》作者郑军龙,付贵,张小蓝。
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