人源微型结肠模型比较两种抗癌药的损伤部位与时序

带隐窝分区的结肠上皮可持续更新

罗氏人类生物学研究所（Institute of Human Biology，IHB）与洛桑联邦理工学院（École polytechnique fédérale de Lausanne，EPFL）团队，建立了人源微型结肠（mini-colon），用于观察结肠上皮更新与药物损伤。这项研究于 2023 年 10 月 6 日公开预印本，正式论文于 2024 年 6 月 13 日发表于 Cell Stem Cell。

常规结肠类器官呈封闭囊状，脱落细胞容易积累在内部，管腔侧也不便接近。新模型把类器官细胞与器官芯片结构结合，在水凝胶内形成带隐窝样凹陷的上皮管道，使管腔侧和基底侧能够分别接触不同环境。

团队用 5 位健康供者来源的结肠类器官建立模型，各来源的管道上皮覆盖进程相近。增殖细胞逐渐集中于隐窝，上皮细胞向管腔方向移动并脱落；流动带走积累的脱落细胞和黏液后，模型可维持约 1 个月，同时保留总体结构。

细胞组成和空间位置分别核对

单细胞 RNA 测序比较了培养第 14 天、第 21 天的微型结肠，以及第 4 天的常规类器官。分析识别出 8 个细胞亚群，包含干细胞、过渡扩增细胞、不同成熟阶段的结肠上皮细胞、杯状细胞与肠内分泌细胞。研究还结合免疫组织化学识别出少量 BEST4 阳性吸收细胞，为判断模型中的结肠细胞类型提供了不同检测方式的核对。

微型结肠中，成熟结肠上皮细胞约占 40%；常规类器官主要由前体细胞和过渡扩增细胞组成。研究还把模型的表达特征投射到成人结肠单细胞参照图谱，观察分化细胞与原生组织的对应。这组分析采用了各自不同的培养时间。

组织成像进一步核对细胞所处的位置：干细胞和增殖细胞集中于隐窝底部，较成熟细胞分布在上部。杯状细胞产生的黏蛋白形成覆盖上皮表面的黏液层，第 7 天起可见明显积累；管腔可接近的结构也便于收集分泌物。

单细胞分析中的杯状细胞比例较低，作者认为这类细胞在解离过程中可能更易丢失，因此同时使用组织染色和分泌物检测判断其存在。模型还可扩展到小肠来源细胞，但后续药物损伤比较主要围绕微型结肠展开。

阿糖胞苷与 idasanutlin 呈现不同损伤时序

药物实验比较阿糖胞苷与 MDM2 抑制剂 idasanutlin，两者均从上皮基底侧加入。团队结合细胞凋亡、隐窝增殖、上皮屏障与组织形态，追踪药物引起的变化。所选浓度参考了既有血浆暴露资料。

阿糖胞苷处理 24 小时后，整体凋亡反应较有限，但隐窝内 DNA 合成标记阳性的增殖细胞减少。这与药物抑制分裂细胞 DNA 复制的作用相符。撤药 24 小时后，模型才出现明显屏障破坏与上皮损伤，呈现延迟发生的组织变化。

Idasanutlin 阻断 MDM2 对 p53 的抑制，研究时作为抗癌候选药物开发。在微型结肠中，它较快引起细胞凋亡和向管腔内脱落，反应涉及中央上皮区域及隐窝，并随浓度升高加重。作者据此讨论其快速肠道损伤的可能机制。

常规类器官中，两种药物也能诱导凋亡。微型结肠提供的额外信息，是损伤首先发生在哪里、细胞如何脱落，以及屏障何时开始失去完整性。可接近的管腔和隐窝分区，使这些变化能够随时间持续观察。

凋亡、屏障渗漏与上皮变薄分别测量

原文图 4 用不同检测方式呈现 idasanutlin 的作用：16 小时的图像记录半胱天冬酶 3/7（caspase-3/7）活性，用于观察细胞凋亡；20 小时的示踪图像观察荧光葡聚糖从管腔进入周围凝胶。荧光染色显示细胞骨架改变，组织切片则记录上皮厚度减少。

凋亡信号与示踪渗漏的定量图均报告 3 个生物学重复。在 1μM 这个最低测试浓度，这两项检测与对照的差异未达到统计显著；同一浓度下，上皮厚度已显著减少。不同终点由此呈现出各自的反应程度与统计结果。

作者将细胞大量脱落、上皮变薄和屏障快速受损，作为解释 idasanutlin 相关腹泻的机制线索。论文把阿糖胞苷的延迟损伤与之对照，展示了两种药物在同一模型中引起组织损伤的不同过程。

细胞组成、制造与通量仍有待完善

该模型尚未检测到簇状细胞和微皱褶细胞。作者也指出，要达到更完整的肠道组织功能，还需进一步整合间质、免疫、血管和肠神经系统；本文展示的微型结肠仍以工程化上皮为主体。

制造复杂与通量偏低同样限制了使用范围。团队把生产、自动化和操作流程优化列为后续工作，并计划研究不同患者的药物反应差异，以及给药时程如何影响不良反应。