文献解读 | 肠道类器官与细菌多层次共培养模型

宿主相关微生物群在动物健康和发育中发挥着关键作用，了解微生物群和内在发育途径之间的关系是制定策略以促进病原体应激下肠道稳态的关键。动物模型已被用于研究许多生物学问题，但往往过于复杂，无法直接阐明肠道微生物群和上皮细胞之间的相互作用，而具有不同微生物群的肠类器官共培养模型使这些复杂的相互作用能够在体外进行研究。

2022年9月27日，南京农业大学动物医学院侯起航等在Cell Reports(IF=9.995)杂志上发表了题为“Bacillus subtilis programs the differentiation of intestinal secretory lineages to inhibit Salmonella infection”的研究论文。

作者成功建立了肠道类器官-细菌多层次共培养模型这一国际前沿技术，为菌群-肠上皮互作领域提供了全新的视角。下面，小爱带您一起学习此文章的几大亮点。

亮点1

建立细菌和肠道类器官共培养体系

根据图1中的模式图，构建包含不同细菌和肠道类器官的共培养系统。简述如下：在冷PBS中收获类器官，并清洗一次以去除基质。用1mL注射器大力吸取类器官以诱导机械破坏，获得类器官芽。剪切后，将芽在高级DMEM/F12(Gibco)中洗涤一次，然后与活的枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、大肠杆菌在37℃1mL培养基中共同孵育2h后，用培养基洗涤类器官芽一次，以去除未结合的细菌。然后，将类器官芽重新包埋在24孔组织培养板中的50mL基质胶中，并在37℃、5%CO2、500mL培养基中孵育3-7天。

图1 小肠类器官中构建细菌共培养模型的模式图

图2 活枯草芽孢杆菌或HK枯草芽孢杆菌刺激1至7天的类器官生长状态性图

亮点2

枯草芽孢杆菌以LTA-TLR2依赖的方式抑制Notch通路信号传导

为了确定TLR2在枯草芽孢杆菌介导的Notch信号抑制中的作用，他们首先从野生型(WT)和TLR2基因敲除小鼠中获得小肠类器官，IF染色和WB分析TLR2蛋白表达情况。尽管差异不显著(p>0.05)，但在枯草芽孢杆菌刺激的TLR2/类器官中，Notch相关基因(Notch1、Notch2、Jag1、Dll1、Dll4、Hes1和Math1)的表达呈上升趋势。

为进一步探索TLR2-Myd88依赖性信号传导的作用，他们用枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌培养基上清液、TLR2激动剂(LTA)、TLR2抑制剂(CUCPT22，abs814483)及其组合处理WT小鼠的小肠类器官3天，结果表明TLR2-Myd88依赖性信号传导对枯草芽孢杆菌诱导的分泌细胞扩增至关重要（图3）。

图3 TLR2对枯草芽孢杆菌诱导的分泌细胞扩增至关重要

亮点3

枯草芽孢杆菌增加粘蛋白和抗菌肽的产生以抵御鼠伤寒沙门氏菌感染

为建立一个代表沙门氏菌感染的肠道类器官培养系统，研究者首先用致病性鼠伤寒沙门氏菌SL1344感染肠道类器官(图4A)。他们发现鼠伤寒沙门氏菌感染导致正常类器官形态的破坏，在光学显微镜下可以看到大量死亡细胞。进一步发现，大量鼠伤寒沙门氏菌细胞侵入了类器官(图4B)。

为了观察鼠伤寒沙门氏菌对小肠类器官的入侵，他们用荧光标记的鼠伤寒沙门菌定殖培养物90min。绿色荧光标记的伤寒沙门氏菌附着并入侵类器官(图4C)。此外，ELISA数据显示，感染后12h，培养基中的炎症细胞因子白细胞介素-1b(IL-1b)和肿瘤坏死因子a(TNF-a)水平较高(图4D和4E)。

图4 鼠伤寒沙门氏菌在小鼠小肠类器官中的感染和侵袭