《Cells》：Modeling the Human Stomach In Vitro: Gastric Organoids in Development, Disease, and Therapy
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胃类器官是由成体干细胞（ASCs）或多能干细胞（PSCs）生成的先进三维模型。通过重现胃组织的关键结构、细胞和功能特征，它们克服了传统二维培养和动物模型的若干局限性。胃类器官为研究胃发育、细胞分化以及胃疾病的分子机制提供了生理学相关的平台。本综述总结了用于生成
胃类器官是由成体干细胞（ASCs）或多能干细胞（PSCs）生成的先进三维模型。通过重现胃组织的关键结构、细胞和功能特征，它们克服了传统二维培养和动物模型的若干局限性。胃类器官为研究胃发育、细胞分化以及胃疾病的分子机制提供了生理学相关的平台。本综述总结了用于生成胃类器官的主要细胞来源和方案，并讨论了培养系统的最新进展，包括二维类器官衍生单层、气液界面（ALI）培养、共培养系统和类器官芯片技术。特别关注了胃类器官在模拟幽门螺杆菌（H. pylori）感染、SARS-CoV-2感染和胃癌以及评估治疗反应中的应用。此外，还探讨了它们在发育生物学、先天性疾病研究、药物筛选、潜在精准医学应用、生物样本库和再生医学中的作用。尽管潜力巨大，当前的胃类器官模型仍存在局限：传统的上皮类器官缺乏基质、免疫、神经和血管成分；PSC来源的类器官仅包含有限的间充质群体；而更复杂的工程化多细胞组织在很大程度上仍依赖体内移植进行成熟。可变的分化程度、对成分不明的细胞外基质的依赖性以及标准化不足进一步限制了它们的转化应用。
论文主体内容总结
1. 引言
胃类器官作为由干细胞衍生的三维（3D）培养体系，能够长期维持胃组织的细胞多样性、功能活性和区域特异性结构，弥补了传统二维培养和动物模型在模拟人体胃生理与病理方面的不足。近年来，该领域已从单纯的上皮培养发展为包含平滑肌和肠神经元的三胚层胃组织、多区域胃组装体、双侧通路胃类器官芯片平台、组织来源细胞外基质（ECM）水凝胶以及正式的质量标准等新兴方向。
2. 胃发育及其与类器官生成的相关性
2.1 胃的胚胎起源
胃上皮起源于前肠内胚层，其发育涉及定型内胚层（DE）形成、肠管区域化、胃特化及细胞类型分化等多个阶段。Nodal信号、FGF、Wnt、视黄酸（RA）和BMP等信号通路在此过程中发挥关键作用，而上皮与间充质之间的相互作用对于胃的正常发育至关重要。
2.2 引导胃特性的信号通路
用于引导胃类器官分化的培养基添加剂大多源自胚胎发育信号通路。例如，抑制BMP信号（如使用Noggin）有助于前肠命运决定；Wnt信号的活性状态则决定了胃底或胃窦的区域特性。CHIR99021可诱导胃底标志物，而降低Wnt浓度则可促进胃窦的黏液和内分泌谱系分化。
2.3 成体胃腺的干细胞与细胞类型
成体胃近端（胃体和胃底）含有壁细胞、主细胞和黏液细胞，远端（胃窦）则以内分泌细胞和黏液细胞为主。胃腺峡部的Lgr5+和Sox2+细胞是主要的干细胞群，也是成体干细胞（ASC）来源类器官的起始材料。然而，标准模型缺乏非上皮性的间充质、神经、血管和免疫组分。
3. 历史沿革
胃类器官的发展源于1907年海绵细胞自我组织的发现。关键里程碑包括：2008年小鼠胚胎干细胞（ESC）自组织形成皮层样结构；2009年Lgr5+肠道干细胞生成肠类器官；2010年首个小鼠胃窦类器官成功建立；2014年人类多能干细胞（PSC）来源的胃窦类器官问世；2015年建立了长期稳定的人原代胃上皮和胃癌细胞的3D类器官培养系统。近期发展则聚焦于向多细胞、更贴近生理的模型演进。
4. 胃类器官形成的来源与方案
4.1 多能干细胞来源的胃类器官
PSC来源的胃类器官遵循模拟胚胎发育的多步分化方案：首先将PSC定向分化为DE，再经后前肠特化处理，随后嵌入Matrigel中形成3D球体。通过添加不同的生长因子组合，可分别诱导形成胃窦类器官（约34天）或胃底类器官（含酸分泌壁细胞）。该方法可产生包含上皮细胞和少量间充质细胞的类器官，但周期长、成本高且存在批次间差异。
4.2 成体干细胞来源的胃类器官
ASC来源的胃类器官通过分离胃组织中的胃腺（富含Lgr5+干细胞），将其与Matrigel混合并在含特定生长因子（如FGF10、EGF、Wnt3A、R-spondin1、Noggin）的培养基中培养，通常在7-14天内形成。此类类器官遗传稳定性高，可长期培养，并能分化为多种胃上皮细胞类型，但缺乏间充质成分。
5. 前沿进展
5.1 气液界面培养
气液界面（ALI）系统将上皮细胞顶端暴露于空气、基底面接触培养基，增强了细胞氧合作用。利用该系统，新生小鼠胃细胞可在胶原凝胶中形成“胃球体”，维持上皮细胞活力超过80天，并促进其分化为黏膜表面细胞。
5.2 细胞外基质培养
Matrigel是目前最常用的支架，但其肿瘤来源导致批次间差异大、成分不明确。替代基质包括天然胶原I、脱细胞组织水凝胶以及合成水凝胶（如PEG基系统）。脱细胞猪小肠和胃ECM水凝胶已初步验证可支持胃类器官，但壁细胞分化仍不完全，且缺乏长期的标准化比较验证。
5.3 共培养系统
ASC来源的胃类器官主要为上皮性，缺乏基质和免疫成分。通过共培养引入自体T细胞、外周血单个核细胞（PBMCs）或癌症相关成纤维细胞，可增强模型复杂性。然而，现有胃癌模型尚未同时整合自体淋巴细胞、髓系细胞和有序的基质架构，限制了其在预测免疫治疗反应方面的应用。
5.4 类器官芯片
类器官芯片平台通过微流控模拟体内动态环境。3D胃类器官芯片可实现管腔灌注和蠕动样机械运动；2D单层胃类器官芯片则便于双向实验操作，并能建立生理相关的酸性条件，适用于研究幽门螺杆菌的定植。
5.5 神经肌肉整合与胃动力
现有模型已能在胃类器官中实现平滑肌（SMCs）、卡哈尔间质细胞（ICCs）和肠神经系统（ENS）的部分重建。三胚层胃类器官和基于物理约束的组织已显示出自发节律性收缩及神经调控下的收缩波。然而，ICCs的起搏器功能尚未得到电生理记录的直接证实，且尚无模型能完全再现协调的胃蠕动、区域性起搏器层级或迷走神经支配。
5.6 人工智能在类器官培养与分析中的应用
人工智能可用于类器官的图像分割、生长监测、基因表达预测及药物响应建模。已有研究在肺癌和胃癌类器官中展示了这些应用的初步可行性，但仍需更大规模的数据集和独立验证才能进入临床应用。
6. 应用
6.1 疾病建模
6.1.1 幽门螺杆菌致病机制研究与药物筛选
胃类器官可通过显微注射、机械破碎或转化为2D单层等方式感染幽门螺杆菌，从而研究细菌黏附、CagA效应蛋白的作用、宿主炎症反应（如IL-8分泌）以及NF-κB通路的激活。该模型还能用于评估抗幽门螺杆菌的治疗策略。
6.1.2 胃类器官与COVID-19
研究表明，成熟胃上皮因缺乏ACE2受体而对SARS-CoV-2具有抵抗性，而儿童和晚期胎儿来源的不成熟胃组织则更易感。这揭示了胃在新冠病毒消化道传播中的潜在作用。
6.1.3 胃类器官模拟胃癌与评估药物反应
胃类器官已被用于构建Correa级联不同阶段的模型，包括肠化生（IM）、异型增生和腺癌。通过基因编辑（如敲除CDH1、TP53）或引入致癌突变（如KRAS），可模拟遗传性弥漫型胃癌和散发性胃癌的发生发展。这些模型为药物筛选和耐药机制研究提供了重要平台。
