宿主相關微生物群在動物健康和發育中發揮著關鍵作用，了解微生物群和內在發育途徑之間的關系是制定策略以促進病原體應激下腸道穩態的關鍵。動物模型已被用于研究許多生物學問題，但往往過于復雜，無法直接闡明腸道微生物群和上皮細胞之間的相互作用，而具有不同微生物群的腸類器官共培養模型使這些復雜的相互作用能夠在體外進行研究。
2022年9月27日，南京農業大學動物醫學院侯起航等在Cell Reports（IF=9.995）雜志上發表了題為“Bacillus subtilis programs the differentiation of intestinal secretory lineages to inhibit Salmonella infection"的研究論文，作者成功建立了腸道類器官-細菌多層次共培養模型這一國際前沿技術，為菌群-腸上皮互作領域提供了全新的視角。下面，小愛帶您一起學習此文章的幾大亮點。
亮點一：建立細菌和腸道類器官共培養體系
根據圖1中的模式圖構建包含不同細菌和腸道類器官的共培養系統。簡述如下：在冷PBS中收獲類器官，并清洗一次以去除基質。用 1mL 注射器大力吸取類器官以誘導機械破壞，獲得類器官芽。剪切后，將芽在高級DMEM/F12（Gibco）中洗滌一次，然后與活的枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌，大腸桿菌在 37℃ 1mL 培養基中共同孵育 2 小時后，用培養基洗滌類器官芽一次，以去除未結合的細菌。然后，將類器官芽重新包埋在24孔組織培養板中的 50 mL 基質膠中，并在 37℃、5% CO2、500 mL 培養基中孵育 3-7 天。
圖1 小腸類器官中構建細菌共培養模型的模式圖
圖2 活枯草芽孢桿菌或HK枯草芽孢桿菌刺激1至7天的類器官生長狀態性圖
亮點二：枯草芽孢桿菌以 LTA-TLR2 依賴的方式抑制 Notch 通路信號傳導
為了確定TLR2在枯草芽孢桿菌介導的Notch信號抑制中的作用，他們首先從野生型（WT）和TLR2基因敲除小鼠中獲得小腸類器官，IF染色和WB分析TLR2蛋白表達情況。盡管差異不顯著（p>0.05），但在枯草芽孢桿菌刺激的TLR2/類器官中，Notch相關基因（Notch1、Notch2、Jag1、Dll1、Dll4、Hes1和Math1）的表達呈上升趨勢。為進一步探索TLR2-Myd88依賴性信號傳導的作用，他們用枯草芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌培養基上清液、TLR2激動劑（LTA）、TLR2抑制劑（CUCPT22，abs814483）及其組合處理WT小鼠的小腸類器官3天，結果表明TLR2-Myd88依賴性信號傳導對枯草芽孢桿菌誘導的分泌細胞擴增至關重要（圖3）。
圖3 TLR2對枯草芽孢桿菌誘導的分泌細胞擴增至關重要
亮點三：枯草芽孢桿菌增加粘蛋白和抗菌肽的產生以抵御鼠傷寒沙門氏菌感染。
為建立一個代表沙門氏菌感染的腸道類器官培養系統，研究者首先用致病性鼠傷寒沙門氏菌SL1344感染腸道類器官（如圖4A）。他們發現鼠傷寒沙門氏菌感染導致正常類器官形態的破壞，在光學顯微鏡下可以看到大量死亡細胞。進一步發現，大量鼠傷寒沙門氏菌細胞侵入了類器官（圖4B）。為了觀察鼠傷寒沙門氏菌對小腸類器官的入侵，他們用熒光標記的鼠傷寒沙門菌定殖培養物 90分鐘。綠色熒光標記的傷寒沙門氏菌附著并入侵類器官（圖4C）。此外，ELISA數據顯示，感染后12小時，培養基中的炎癥細胞因子白細胞介素-1b（IL-1b）和腫瘤壞死因子a（TNF-a）水平較高（圖4D和4E）。
圖4 鼠傷寒沙門氏菌在小鼠小腸類器官中的感染和侵襲
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