15.3.2　肠道类器官

人肠道组织是由肠干细胞及其分化的多种功能细胞通过自我更新和自组织形成的高度复杂结构。小肠负责选择性消化吸收营养物质，并阻隔有害物质进入肠道屏障，其功能的发挥离不开绒毛和隐窝结构。小肠由6种不同的细胞组成，包括吸收性和分泌性细胞，肠上皮细胞占所有细胞总数的80%～90%，分泌性细胞包括分泌黏液的杯状细胞、提供抗菌物质的潘氏细胞和肠内分泌细胞等。2009年，Hans Clevers团队培养出Lgr5+标记的肠干细胞衍生的肠类器官［1］，包含4种主要的肠上皮细胞类型，如肠绒毛上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞和肠内分泌细胞，肠类器官培养技术的出现是类器官领域的一项重大进步。肠道类器官不仅可以来源于成体组织干细胞，还可以由ESCs/iPSCs定向分化得到。Jason R.Spence等人建立了hPSCs衍生的肠类器官体系，模拟肠发育的过程［83］。具体为将PSCs包埋在Matrigel基质中进行悬浮培养，在一系列生长因子诱导下形成间质包裹上皮细胞的结构。产生的肠类器官移植到小鼠肾包囊下6周后，肠类器官的活性和分化能力有了显著的提高。(https://www.daowen.com)

肠类器官的培养除了传统的悬浮培养方式，近年来也发展出气液界面培养方法，可以更好地再现肠道屏障功能。Xia Wang等人建立了气液界面的3D培养方法产生ASCs来源的肠类器官，更好地模拟了肠道上皮组织的隐窝结构，具有完善的上皮屏障功能［84］。微流控芯片技术为肠类器官的可控性产生提供了新的策略。例如，Robert J.Barrett团队［85］在可灌注芯片上培养肠类器官，发现流体可促进肠上皮细胞的折叠，形成极性的肠绒毛样结构。产生的肠类器官包含主要的肠上皮细胞类型，并对外源刺激有生物响应性。这证明了流体环境有利于肠类器官的复杂生理结构形成。此外，Mikhail Nikolaev等人［86］利用微加工方法建立了具有类似肠绒毛凹陷结构的可灌注芯片平台，发现微结构可以导向肠干细胞的分化，并且流体循环系统有利于清除死细胞，维持肠类器官的长期生长和活性。该系统有效地提高了肠类器官的分化能力，发现并富集了罕见的肠道细胞，如微褶细胞和肠内分泌细胞，这在传统静态培养条件下是难以实现的。该体系也为体外模拟肠道微生物感染和共生提供了有价值的平台。肠道类器官也被广泛应用于肠道疾病或遗传病的发病机制研究，并以此为模型开发新的药物和治疗方法。将肠类器官培养与CRISPR-Cas9基因编辑、多组学等前沿技术相结合，将进一步促进复杂肠类器官模型的开发建立。例如，Gerald Schwank等利用CRISPR-Cas9基因编辑技术修复囊性纤维化类器官模型中的CFTR位点，挽救了类器官中的囊性纤维化表型［87］。肠道类器官还用来模拟炎症性肠病的多个方面，包括细胞死亡、细菌感染和炎症等，推动了对炎性肠病发病机制的深入研究［88］。