《The Journal of Physiology》：Ascending infection of Gardnerella spp. and compartmentalized inflammatory response in fetal–maternal interface organ-on-chip model
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摘要专业翻译
早产是全球新生儿发病和死亡的主要原因，上行感染及母胎界面的炎症反应被认为是其病理生理学的主要驱动因素。加德纳菌属（Gardnerella spp.）作为与细菌性阴道病（bacterial vaginosis）相关的关键菌种，已被认为与不良妊娠结局
摘要专业翻译
早产是全球新生儿发病和死亡的主要原因，上行感染及母胎界面的炎症反应被认为是其病理生理学的主要驱动因素。加德纳菌属（Gardnerella spp.）作为与细菌性阴道病（bacterial vaginosis）相关的关键菌种，已被认为与不良妊娠结局有关；然而，关于其上行能力及触发炎症反应的机制仍知之甚少。本研究采用母胎界面器官芯片（fetal–maternal interface organ-on-chip）模型，探讨加德纳菌属的上行感染及其引发的分区化细胞因子（cytokine）反应。该装置整合了蜕膜细胞（decidual cells）、绒毛膜滋养层细胞（chorionic trophoblast cells）、羊膜间充质细胞（amnion mesenchymal cells）和羊膜上皮细胞（amnion epithelial cells），以模拟胎膜（fetal membranes）的体内结构。定量聚合酶链式反应（quantitative PCR, qPCR）结果显示细菌呈渐进性上行，在刺激后48小时，羊膜间充质层中加德纳菌属的载量显著升高。细胞因子分析显示，白细胞介素（interleukin, IL）-1β、IL-6、C-X-C基序趋化因子配体8（C-X-C motif chemokine ligand 8, CXCL-8）及IL-10在各细胞区室中产生增加，表明存在协调的促炎与代偿性抗炎反应。这些发现为加德纳菌属在母胎界面的侵袭动态及免疫激活提供了直接证据，支持使用微生理系统（microphysiological systems）作为研究感染驱动的自发性早产机制的转化工具。
论文解读
一、研究背景与目的
人类妊娠是一个由内分泌、神经和免疫系统精密调控的复杂生理过程，这些系统间的相互作用对于胎儿正常发育和足月分娩至关重要。妊娠稳态维持机制一旦被破坏，可导致早产——即妊娠37周前分娩，这是全球新生儿发病和死亡的主要原因之一。尽管早产被认为是一种多因素疾病，但羊膜腔的微生物入侵及随之而来的炎症反应被认为是自发性早产的主要原因。
微生物上行感染的主要途径是下生殖道，而羊水感染患者中最常检出的微生物多属于与细菌性阴道病相关的致病菌群。细菌性阴道病是育龄女性中最常见的阴道菌群失调，其特征是从乳杆菌（Lactobacillus）主导的菌群向厌氧菌富集的微生物群落转变。在众多相关菌种中，加德纳菌属长期以来被认为是细菌性阴道病发病机制中的关键菌种。这类兼性厌氧球杆菌具有多种毒力因子，如唾液酸酶A（sialidase A）和阴道溶素（vaginolysin），在生物膜形成和上皮屏障破坏中发挥重要作用。在孕妇中，非乳杆菌属菌种尤其是加德纳菌属的定植，与异位妊娠、产后子宫内膜炎、自然流产及早产等妊娠并发症风险增加相关。
然而，关于加德纳菌属如何穿越母胎界面的多层细胞屏障并触发炎症反应的具体机制，目前仍缺乏深入了解。传统研究模型存在显著局限：体外模型将各细胞层分隔，限制了细胞间相互作用和旁分泌信号传导；而动物模型的阴道微生物组成与人类差异显著。因此，本研究旨在利用母胎界面器官芯片模型，探究加德纳菌属在母胎界面的上行迁移过程及其在不同细胞层中引发的分区化炎症反应，为理解感染驱动的自发性早产机制提供新的研究工具和证据。
二、主要技术方法
研究人员使用母胎界面器官芯片平台开展实验，该装置由聚二甲基硅氧烷制成，包含四个相互连接的细胞培养腔室，分别装载人蜕膜细胞、绒毛膜滋养层细胞、羊膜间充质细胞和羊膜上皮细胞，以模拟母胎界面的体内结构。所有细胞系均为永生化细胞系，来源于足月妊娠选择性剖宫产产妇的胎盘胎膜组织，原始标本在美国德克萨斯大学医学分部（UTMB）按照获批方案采集。实验设置三组条件：未刺激对照组、加德纳菌属刺激组（10? DNA拷贝/mL）和脂多糖（LPS, 100 ng/mL）刺激组，每组4个独立生物学重复。研究通过定量PCR对加德纳菌属23S rRNA区域进行绝对定量以监测细菌在各细胞腔室中的传播，并使用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测各腔室上清液中IL-1β、IL-6、CXCL-8和IL-10的水平，分析时间点为刺激后0、24和48小时。
三、研究结果
加德纳菌属在母胎界面的传播
通过定量PCR检测各细胞腔室中加德纳菌属DNA拷贝数，研究人员评估了该菌穿越母胎界面各细胞层的上行能力。刺激24小时后，绒毛膜滋养层细胞腔室和羊膜间充质细胞腔室中的细菌DNA拷贝数显著高于蜕膜细胞层中的初始刺激量。48小时后，羊膜间充质细胞腔室中的细菌载量显著高于其他所有细胞腔室，且各细胞层中的细菌DNA拷贝数随时间点（0、24、48小时）均显著增加。值得注意的是，加德纳菌属在感染后24小时即已出现在最外层的羊膜上皮细胞腔室中，显示出快速的上行侵袭能力。
加德纳菌属感染相关的母胎界面炎症谱
研究人员检测了各细胞腔室上清液中促炎和抗炎细胞因子的产生情况。在蜕膜细胞腔室中，加德纳菌属刺激48小时后IL-1β、IL-6、CXCL-8和IL-10水平均显著高于阴性对照组。在绒毛膜滋养层细胞腔室中，加德纳菌属刺激24小时和48小时后IL-6、CXCL-8和IL-10水平均显著升高，48小时后IL-1β水平在LPS刺激组显著升高。在羊膜间充质细胞腔室中，加德纳菌属刺激48小时后IL-1β、IL-6、CXCL-8和IL-10水平均显著高于阴性对照，其中CXCL-8水平高达2054 pg/mL。羊膜上皮细胞腔室的细胞因子产生模式与羊膜间充质细胞层相似。总体而言，加德纳菌属刺激诱导的细胞因子水平与LPS刺激相当，且均显著高于阴性对照。
加德纳菌属感染期间的分区特异性炎症反应
研究人员进一步比较了感染期间各细胞腔室之间的细胞因子水平差异。24小时时，羊膜间充质细胞腔室的CXCL-8产生量显著高于羊膜上皮细胞腔室。48小时时，羊膜间充质细胞腔室的IL-1β水平显著高于蜕膜细胞腔室，CXCL-8水平也显著高于蜕膜细胞腔室，表明羊膜间充质层在感染进展过程中表现出增强的趋化因子产生能力。随时间推移的纵向比较显示，IL-1β在羊膜上皮细胞中随时间显著增加；IL-6仅在蜕膜细胞中随时间显著增加；CXCL-8在羊膜间充质和羊膜上皮细胞中均随时间显著增加；IL-10在绒毛膜滋养层细胞和羊膜间充质细胞中随时间显著增加。
四、讨论与结论
研究人员指出，本研究首次使用器官芯片平台评估了加德纳菌属穿越母胎界面的上行迁移。与既往研究中LPS和微小脲原体（Ureaplasma parvum）需要72小时才能穿越所有细胞层不同，加德纳菌属在感染后24小时内即已到达装置最外层，显示出更快的上行速度。这种快速上行可能与加德纳菌属的毒力决定因子表达和高度适应性代谢有关，尽管该菌缺乏鞭毛等运动结构，其迁移可能依赖于表面黏附素介导的宿主细胞黏附、生物膜形成以及炎症诱导的屏障破坏。
在炎症反应方面，加德纳菌属刺激诱导的各层细胞因子水平与LPS刺激相当，且均显著高于阴性对照，这与微小脲原体感染仅在与免疫细胞共培养时才引发显著炎症反应的特征形成鲜明对比，表明不同细菌种类可能在母胎界面引发独特的免疫学特征。LPS诱导的炎症反应在48小时时间点可能尚未达到最大强度，而加德纳菌属作为活体微生物可通过多种病原体相关分子模式和毒力因子与宿主细胞持续相互作用，从而产生更显著的炎症反应。
研究人员提出假说：加德纳菌属的上行进展反映了细菌黏附、炎症诱导的屏障破坏以及通过逐渐受损的组织界面的被动迁移三者的综合作用。本研究支持微生理模型能够成功再现宫内环境以研究早产相关病理生理改变的观点，证实了加德纳菌属可快速穿越母胎界面并诱导与自发性早产直接相关的显著炎症反应。此外，研究人员推测在加德纳菌属与其他细菌性阴道病生物膜相关菌种（如普雷沃菌和阴道法氏菌）共存时，母胎界面的完整性可能受到进一步损害。
本研究的主要结论为：加德纳菌属在母胎界面表现出快速且协调的上行模式；该菌在羊膜间充质层中于48小时时细菌载量最高；加德纳菌属感染可在母胎界面各细胞层诱导与LPS刺激相当的显著促炎和抗炎细胞因子反应；母胎界面器官芯片为研究感染驱动的自发性早产提供了有效的转化研究模型。
