基于非对称气体共培养系统解析口腔微生物-宿主互作机制的研究

推荐 为解决传统体外共培养模型无法同时维持哺乳动物细胞与厌氧菌生长的问题，研究人员开发了一种非对称气体共培养系统。该系统模拟口腔微环境，分别维持牙龈上皮细胞和厌氧菌的适宜条件。研究表明，该系统显著提升了细菌侵袭能力及宿主促炎反应，并验证了其在抗生素药效评估中的应用价值，为口腔疾病研究提供了新平台。

　　

论文解读
口腔作为人体复杂的生态系统，栖息着多种微生物，其与宿主的相互作用在口腔慢性炎症性疾病（如牙龈炎和牙周病）的发生发展中起着关键作用。近年来，研究逐渐揭示了微生物-宿主细胞互作不仅影响局部免疫反应，还可能通过炎症途径对全身健康产生深远影响。然而，传统体外细菌-宿主细胞共培养模型存在显著局限性，尤其是在涉及厌氧菌时，难以同时满足哺乳动物细胞和厌氧菌的生长需求。这不仅限制了对细菌感染和宿主反应的深入理解，也阻碍了相关疾病机制的研究和药物开发。

为解决这一问题，来自中国的研究人员开发了一种非对称气体共培养系统，旨在模拟口腔微环境中独特的常氧和厌氧条件。该系统通过维持牙龈上皮细胞和厌氧菌分别在不同的氧气浓度环境中，实现了对两者生长条件的精准调控。以关键的口腔病原体——具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum, Fn）为主要研究对象，研究团队验证了该系统的有效性，并进一步探讨了其在口腔微生物致病机制研究和抗菌药物筛选中的应用潜力。

研究结果表明，与传统模型相比，该系统显著增强了细菌的侵袭能力，提高了细胞内细菌负荷，并引发了更强烈的宿主促炎反应，包括CXCL10、IL-6和IL-8的分泌增加。此外，该模型还成功支持了另一种对氧气极为敏感的口腔病原体——牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis, Pg）的生长，进一步验证了其广泛适用性。通过这些发现，研究团队不仅揭示了口腔微生物与宿主细胞互作的复杂性，还为抗菌药物的研发提供了新的评估平台。

研究方法
研究人员采用了非对称气体共培养系统，该系统通过气体渗透膜将培养环境分为上下两个腔室，分别维持不同的氧气浓度。上层腔室（apical chamber）保持厌氧条件，用于培养厌氧菌；下层腔室（basolateral chamber）则通入含10%氧气的混合气体，以支持牙龈上皮细胞的生长。实验中使用了牙龈上皮细胞系（TIGKs），并通过Transwell插入物将其与厌氧菌分隔开，以模拟体内微生物-宿主界面。

研究结果
非对称气体共培养系统维持牙龈上皮细胞（TIGKs）的活性
通过FITC-右旋糖酐扩散实验和细胞活力检测，研究证实该系统能够在不影响TIGKs功能的前提下，维持其单层结构的完整性。

非对称气体共培养系统保持具核梭杆菌的活性
实验结果显示，在非对称条件下，Fn的存活率显著高于传统常氧共培养条件，表明该系统能有效模拟厌氧环境，支持厌氧菌的生长。

Fn对TIGKs的差异化影响
与常氧条件相比，非对称条件下Fn感染导致TIGKs形态改变和屏障功能受损，同时细胞活力下降约20%，表明该系统能更真实地反映Fn的致病性。

增强Fn侵袭及促炎反应
通过荧光标记和细胞内细菌计数，研究发现非对称条件下Fn的侵袭能力显著增强，同时宿主细胞分泌的CXCL10、IL-6和IL-8等促炎因子水平显著升高，进一步验证了该系统在模拟感染反应中的有效性。

细胞内Fn的抗生素敏感性
实验评估了甲硝唑和阿莫西林对细胞内Fn的抑制效果，发现联合用药可显著降低Fn 10953的存活率，为抗菌治疗提供了参考。

非对称共培养系统支持牙龈卟啉单胞菌的生长
研究首次证明该系统能够支持Pg的生长，其CFU在48小时内增加百倍，同时宿主细胞活力略有下降，表明系统在维持氧气敏感菌生长方面的潜力。

研究结论与讨论
本研究成功开发了一种非对称气体共培养系统，解决了传统模型无法同时支持哺乳动物细胞和厌氧菌生长的难题。该系统不仅维持了细菌和宿主细胞的活性，还显著提升了细菌侵袭能力和宿主免疫反应，为口腔微生物致病机制研究提供了新工具。此外，其在抗生素药效评估中的应用价值也为药物开发开辟了新途径。未来研究可进一步结合基因敲除技术和多细胞类型共培养，深入探索微生物-宿主互作的分子机制，推动个性化医疗和精准治疗的发展。