《mSphere》：An innovative organoid model to screen for bacteria and their metabolites that protect against inflammation-induced colonic barrier disruption
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类器官为研究肠道微生物与包括胃肠(GI)屏障功能在内的宿主组织活性互作提供了有用模型。然而，多数类器官模型模拟体内结肠上皮生理低氧的能力有限。尽管宿主细胞呼吸需氧，许多肠道微生物为厌氧菌，需无氧条件生长。研究人员利用一种创新厌氧共培养系统，在结肠上皮单层细胞基
类器官为研究肠道微生物与包括胃肠(GI)屏障功能在内的宿主组织活性互作提供了有用模型。然而，多数类器官模型模拟体内结肠上皮生理低氧的能力有限。尽管宿主细胞呼吸需氧，许多肠道微生物为厌氧菌，需无氧条件生长。研究人员利用一种创新厌氧共培养系统，在结肠上皮单层细胞基底外侧维持恒定氧浓度、腔内侧维持无氧条件，证明源于原代人细胞系的结肠单层在共培养系统中比环境氧浓度下培养更近似体内上皮。随后研究人员识别了结肠上皮与青春双歧杆菌（一种成年肠道菌群中普遍且丰度的嗜氧敏感菌种）的互作。在无菌顶端室与青春双歧杆菌U269-1共培养，可减轻炎症细胞因子暴露单层的屏障功能丧失。研究人员鉴定吲哚乳酸(ILA)为青春双歧杆菌提供剂量依赖性抗炎症细胞因子保护的代谢物之一。小鼠口服ILA耐受良好，在雌性（非雄性）小鼠中对免疫检查点抑制剂（抗CTLA4）诱导结肠炎具保护性。综上，研究展示了共培养系统筛选与结肠上皮互作的微生物及其代谢物的效用，并推进了对双歧杆菌与宿主屏障功能互作的理解。
研究背景与立项依据
结肠屏障功能受损与炎症性肠病及免疫检查点抑制剂（如抗CTLA4抗体）诱导的肠炎密切相关。健康成人肠道菌群中，青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis)、角双歧杆菌(B. angulatum)与链状双歧杆菌(B. catenulatum)持续富集，但相较于婴儿源双歧杆菌，成年型双歧杆菌因嗜氧敏感、难培养而在体外互作研究中被忽视。现有肠类器官或“肠芯片(gut-on-a-chip)”平台要么暴露于环境氧（约20% O2）无法支持严格厌氧菌，要么设备昂贵难以普及，且多数未还原生理氧梯度——体内结肠隐窝-腔面基底侧呈轻度低氧（约9.1–18.2 μM O2）、顶端近无氧。因此，研究人员拟构建一种低成本、可维持不对称氧环境的人原代结肠单层-厌氧菌共培养体系，借此筛选保护屏障的菌株与代谢物，并聚焦青春双歧杆菌U269-1及其色氨酸代谢物吲哚乳酸(ILA, indole lactic acid)验证机制。该文发表于《mSphere》。
主要关键技术方法
研究人员采用密歇根大学Human Organoid Core提供的原代人升结肠类器官细胞系Col81（16–20代内），在Transwell中形成单层（TEER≥330 Ω·cm2）；自主搭建厌氧共培养系统（AOS）：基底侧通10% O2+5% CO2气体、顶端置于Coy厌氧舱（37℃），气体通透板供氧，每小时轻摇5分钟消梯度，配套自配共培养培养基(CCM, pH 6.5)。体系放大至96孔版。转录组用RNA-Seq（DESeq2分析）。屏障评估含TEER、4 kDa FITC-葡聚糖通透、ZO-1/claudin-2免疫荧光。体内用野生小鼠菌群重建(WildR) C57BL/6雌/雄小鼠，饮水中1 mM ILA预处理7天，腹腔注射抗CTLA4（100 μg，每3天）诱导结肠炎，以体重与粪便lipocalin-2为指标。
研究结果
建立不对称大气以支持结肠上皮低氧代谢与厌氧微生物生长
AOS中10% O2循环下基底侧平均15.82±1.13 μM O2，落入体内隐窝界面区间；顶端有氧单层存在时48小时近0 μM。5%、10%、20% O2均维持TEER，选10%作后续“不对称大气”。自配CCM支持多门级厌氧生长且pH波动小。
结肠单层对不对称大气的响应
10% O2对比环境氧培养24小时RNA-Seq得2423个差异基因，上调顶集含40个已知低氧相关基因（如非剧烈糖酵解诱导），提示生理轻度低氧而非缺氧应激，上皮未现严重缺氧死亡基因特征。
青春双歧杆菌与结肠单层在屏障破坏模型中共培养
TNFα+IFNγ（各12.5 ng/mL）处理致TEER下降、4 kDa葡聚糖通透增加。先与活U269-1或无菌上清(CM)预孵24小时再攻毒，单层抗屏障破坏；CM处理不升ZO-1但降“漏性”claudin-2强度，表明保护由可溶性代谢物介导而非直接接触。
双歧杆菌代谢物ILA处理结肠单层于屏障破坏模型
1 mM ILA及结构类似物IPA预处理24小时剂量依赖护屏障（100 μM有效、10 μM无效）；加AhR抑制剂CH223191后ILA与CM保护消失，证ILA经AhR激动发挥功能。
ILA处理小鼠于癌症免疫治疗相关结肠炎模型
WildR雌鼠饮ILA 7天后抗CTLA4诱导，体重跌幅与粪便lipocalin-2显著低于水对照；同条件雄鼠无保护。提示ILA体内抗炎护屏障存性别特异性。
讨论与结论翻译
研究人员改良了原代结肠单层-厌氧菌AOS，以轻摇消梯度、CCM控pH 6.5、96孔放大，使成年型嗜氧敏感双歧杆菌可生理条件共培养。青春双歧杆菌U269-1通过分泌ILA等代谢物、经AhR下调claudin-2维持屏障，抵TNFα+IFNγ损伤；ILA口服对野生菌群雌鼠抗CTLA4结肠炎有保护，雄鼠不显。结论：AOS是筛选厌氧微生物及其代谢物-宿主屏障互作的高通量适用框架；ILA为双歧杆菌-上皮互作中经AhR强化结肠屏障的关键代谢物之一；抗性淀粉促B. adolescentis增殖或为简便膳食干预肠炎提供机制依据。
