综述：短肠综合征临床前模型肠适应机制生物学研究进展

《Cells》：Biological Insights into Intestinal Adaptation from Preclinical Models of Short Bowel Syndrome

　　

短肠综合征是一种罕见且临床高度异质性的疾病，由广泛肠切除或功能性损伤引起，导致吸收不良、液体和电解质丢失，并可能进展为需要长期肠外营养的肠衰竭。SBS的长期结局主要取决于肠适应，这是一种进行性生理反应，涉及上皮重塑、肠道干细胞扩增、谱系特异性增殖、血管重塑以及营养介质的活性——最显著的是胰高血糖素样肽-2（GLP-2），其临床相关性以替度鲁肽为代表。尽管治疗取得了重大进展，但适应机制仍未完全阐明，临床前模型是解决这一空白的重要工具。体外系统——包括Caco-2上皮培养、肠道类器官和肠类器官，以及组织工程肠构建体——能够实现通路特异性机制研究，并有望作为再生平台。小鼠小肠切除和回盲部切除手术模型为解析适应的细胞和分子机制提供了整合的体内环境。大型动物模型，尤其是小型猪平台，提供了与人类解剖学和生理学上的接近性，适用于转化和治疗评估。在本叙述性综述中，研究人员对这些临床前系统进行了更新概述，批判性地审视了它们各自的优势、局限性及转化相关性，以促进对肠适应的理解，并为SBS更有效治疗策略的开发提供依据。

1. 1.
   短肠综合征与肠衰竭：临床框架及临床前建模的理论依据

短肠综合征（SBS）是由广泛肠切除、先天性异常或功能性损伤引起的消化系统疾病，导致营养物质、液体和电解质的吸收不足。当残余肠道无法在无静脉支持的情况下维持营养和液体稳态时，SBS可能进展为肠衰竭（IF），需要肠外营养（PN）或肠外支持。尽管罕见，SBS是慢性IF的主要病因之一，并带来显著的临床负担，尤其是需要长期PN的患者。SBS的临床病程高度异质，受潜在病因以及残余肠道解剖结构的影响。其中，残余肠长度、回肠保留和结肠连续性是可吸收能力、液体平衡和PN依赖的主要决定因素。末端空肠造口患者长期PN依赖风险最高，而空肠-结肠或空肠-回肠吻合通常允许更好的液体和营养恢复。这些解剖结构不仅是临床分类的核心，也定义了实验性SBS模型必须复制的生物学背景。切除后，残余肠道经历肠适应，这是一种旨在扩大吸收表面积和功能的进行性生理反应。该过程分为三个重叠阶段：以高肠道丢失和代谢不稳定为特征的早期阶段；结构和功能重塑逐步恢复吸收能力的康复阶段；以及达到最大适应的维持阶段，此后患者要么实现肠内自主，要么仍依赖慢性PN。适应的程度取决于残余肠长度、回肠相对于空肠固有的更大适应潜力、结肠连续性以及肠内腔刺激的存在，而长期单纯PN可能反而损害黏膜营养。肠适应的治疗相关性以替度鲁肽为代表，这是一种胰高血糖素样肽-2（GLP-2）类似物，可促进上皮生长并增强吸收功能，从而减少选定SBS-IF患者的PN需求。在SBS和慢性IF的病因中，克罗恩病（CD）具有特殊的临床相关性，约占IF转诊队列中长期IF患者的30–32%。多种因素共同增加了CD患者发生SBS、IF或慢性IF的风险，包括疾病表型、反复手术切除、穿透性行为、腹腔内并发症、类固醇暴露、吸烟、早期诊断年龄、免疫失调和微生物组改变。

1. 2.
   肠适应的生物学机制：临床前模型的理论依据

肠适应是大量肠切除后发生的复杂生物学反应，是SBS长期结局的主要决定因素。在结构和上皮水平上，适应以隐窝和绒毛重塑、上皮增殖加速、吸收和分泌谱系扩增以及黏膜表面进行性重塑为特征。这些变化由肠道干细胞（ISCs）及其后代启动和维持。在小鼠SBS模型中，ISC扩增迅速开始，术后48–72小时内侧群细胞早期增加，7天时隐窝分裂增加，6周时标记保留细胞持续扩增。Wnt信号同时上调，是隐窝增生的核心驱动因素。切除后的肠适应不应仅被视为上皮增殖反应，Hippo–YAP/TAZ信号已成为连接组织结构和机械线索变化与上皮再生程序的重要机械敏感通路。Notch和BMP通路也参与调节肠上皮谱系特化和沿隐窝轴的空间组织。生长因子信号涉及EGF家族配体和ERBB受体，间充质来源的神经调节蛋白-1可促进肠道干细胞增殖和上皮修复。血管系统在切除后适应期间也发生重塑，抑制血管内皮生长因子（VEGF）会减弱适应反应，而恢复VEGF依赖性血管生成信号则支持黏膜和微血管重塑。肠淋巴系统也受到肠切除的影响，部分小肠切除与肠淋巴形态持续改变和淋巴转运受损相关。生长激素（GH）和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）在短肠大鼠中可改善黏膜结构，但临床转化有限。mTORC1信号直接参与肠切除反应，胆汁酸–FXR–FGF19轴也提供残余肠解剖与全身代谢调节之间的联系。GLP-2是肠适应中最具治疗相关性的介质，是一种33氨基酸肽，由远端小肠和结肠的肠内分泌L细胞响应腔内营养物质分泌。尽管半衰期短，GLP-2通过表达于上皮下肌成纤维细胞、肠神经元和肠内分泌细胞亚群的受体发挥强效肠营养作用。上皮、间充质、神经、免疫和微生物组分在适应性肠道环境中相互作用。

1. 3.
   SBS的体外模型

Caco-2细胞被广泛用作简化的体外系统，但并非SBS的疾病特异性模型。GLP-2可增加Caco-2细胞增殖并涉及MAPK和PI3K信号，替度鲁肽可促进Caco-2增殖和细胞周期进程。然而，GLP-2R在成熟肠上皮细胞中的表达和功能相关性仍不确定，体内GLP-2的肠营养作用主要通过非上皮细胞间接介导。肠道类器官系统近年取得进展，成人肠道干细胞来源的培养物称为肠类器官，主要复制上皮区室；人多能干细胞来源的人肠道类器官（HIOs）可包含上皮和间充质组分。类器官紧密复制体内肠道环境，保留自然形态、细胞极性和细胞间相互作用。培养条件通常涉及将干细胞嵌入细胞外基质（ECM）如Matrigel中，并补充靶向关键信号通路的生长因子。Wnt信号对ISC增殖和Paneth细胞分化不可或缺，Notch信号控制吸收性肠细胞和分泌细胞谱系之间的平衡。SBS患者活检显示与健康对照相比肠类器官形成能力增加，这与SBS肠道微环境特有的上皮下肌成纤维细胞介导的BMP信号减少有关。生长激素直接刺激ISC活性并增强隐窝类器官形成，谷氨酰胺促进向杯状细胞和肠内分泌细胞分化。组织工程肠（TEI）旨在再生或替换SBS中丢失的肠组织，通常涉及将患者活检、肠隐窝或干细胞来源的肠道类器官接种到生物相容性支架上。聚乳酸-乙醇酸（PLGA）支架涂覆聚乳酸（PLLA）特征明确且广泛使用。脱细胞肠基质保留必需的ECM组分和信号分子。尽管TEI研究取得重大进展，当前工程构建体常缺乏完全发育的间充质、神经和免疫组分。

1. 4.
   SBS的体内模型

小鼠SBS模型通常涉及模拟人类手术场景的大规模肠切除。两种成熟的模型包括50%近端小肠切除（SBR）和远端回盲部切除（ICR）。术后适应过程迅速发生，三天内达到峰值，表现为隐窝深度、绒毛高度和黏膜表面积增加。肠道干细胞在适应中发挥核心作用，ICR后第一周内隐窝显著扩张。肠适应还涉及分泌谱系的快速扩增，杯状细胞和Paneth细胞在切除后12小时即显著增加。近端切除后，残余远端节段的肠上皮细胞获得类似近端节段的特征，增强营养吸收。血管生成是关键的适应反应，VEGF对血管扩张和组织重塑至关重要。GLP-2在增强肠适应中的作用已被广泛研究，DPPIV抑制剂可延长GLP-2作用，显著增加绒毛高度、隐窝深度和增殖。大量切除后肠道微生物群的变化具有重要适应意义，长期分析显示有益属如乳杆菌属、毛螺菌科和乳球菌属增加，肠杆菌科减少。猪模型因其与人类胃肠道的解剖相似性而成为转化SBS研究的关键。SEFA-6179（奥齐洛本）在小型猪中的药代动力学研究表明残余肠解剖可影响口服药物暴露。组织工程方法在小型猪模型中探索了多种支架类型，脱细胞真皮基质移植物效果有限，而同种异体主动脉移植物显示出有前景的结构整合。弹簧介导的牵引肠发生术诱导肠段显著延长约60%，同时保留正常肠内分泌功能和维生素B12吸收能力。MFG-E8可促进部位特异性肠道生长，GLP-2和表皮生长因子（EGF）联合给药显著增强新生仔猪的肠道延长。TGR5激动剂可增强GLP-2分泌但未显著改善肠适应，DHA制剂可改善新生猪的肠道吸收和全身DHA水平。小鼠模型提供无与伦比的机制和遗传研究可及性，但体型小、寿命短以及与人类胃肠道的解剖差异限制了直接外推。小型猪模型更接近人类肠道生理、肠长度和手术解剖，但使用受成本、技术复杂性和验证方案有限性的制约。未来最有成效的研究策略可能涉及互补平台的整合使用：体外类器官和组织工程系统用于探究特定分子通路；小鼠手术模型用于定义适应的体内生物学并验证药理学靶点；大型动物模型用于在生理学现实环境中评估手术技术、药物递送和再生构建体。