摘" 要： 近年來，多種家畜和伴侶動物的腸類器官培養(yǎng)方法已被建立。腸類器官具有腸道上皮的結(jié)構(gòu)和功能，是介于穩(wěn)定細(xì)胞系和動物模型之間的一種體外模型。目前，動物腸類器官可用于研究腸道疾病發(fā)病機(jī)制與治療方法，還能用于探究宿主-病原體的相互作用。在腸道營養(yǎng)學(xué)與腸道免疫學(xué)的研究中，腸類器官可用于提高飼料利用率、尋找適合添加劑，提高動物性能。此外，動物腸類器官在人轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大發(fā)展?jié)摿?。本文綜述了近5年來動物腸類器官的主要應(yīng)用，并對其未來的研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞： 動物；腸類器官；應(yīng)用

中圖分類號： Q813.11

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0366-6964（2024）12-5431-09

收稿日期：2023-12-01

基金項(xiàng)目：廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究（SL2022A04J01164）；廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（pdjh2021b0083）

作者簡介：黃德如（1999-），女，廣東東莞人，碩士生，主要從事犬乳腺腫瘤研究，E-mail：Huangdr1999@163.com

*通信作者：陳奡蕾，主要從事小動物疾病和馬病研究，E-mail： chenolay@scau.edu.cn

doi： 10.11843/j.issn.0366-6964.2024.12.010

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Progress on Application of Animal Intestinal Organoids

HUANG" Deru， CHANG" Yirui， DING" Ziyan， ZHANG" Yashan， CHEN" Aolei*

（Guangdong Technological Engineering Research Center for Pet， College of Veterinary， South China Agricultural University， Guangzhou 510642，" China）

Abstract：" Multiple methods for culturing intestinal organoids from domestic animals and companion animals have been established recently. Intestinal organoids exemplify the structures and functions of intestinal epithelium， being an in vitro model somewhere in between stable cell lines and animal models. Currently， animal intestinal organoids can be applied to research on the pathogenesis and treatment of intestinal diseases， as well as to explore host-pathogen interactions. In the study of enteral nutrition and enteral immunology， intestinal organoids can be used to improve feed utilization， screen suitable additives， and promote animal performance. In addition， animal intestinal organoids have great potential in the field of human translational medicine and regenerative medicine. In this paper， the main applications of animal intestinal organoids in the past five years were reviewed， and the future research directions were prospected.

Key words： animal; intestinal organoid; application

*Corresponding author： CHEN Aolei，E-mail： chenolay@scau.edu.cn

腸類器官（intestinal organoid）又稱為迷你腸（mini-gut），是腸干細(xì)胞或腸隱窩（intestinal crypts）在含特殊生長因子的基質(zhì)膠中增殖分化所形成的具有完整上皮結(jié)構(gòu)的空心細(xì)胞團(tuán)塊，具有與腸相似的結(jié)構(gòu)與功能。長期以來，腸道體外研究中常用的模型為永生化細(xì)胞系。細(xì)胞系來源于腫瘤或體外癌變，通常具有影響生長、代謝和生理等方面的突變，其表型和功能與體內(nèi)腸道細(xì)胞有較大差異，不便于開展正常腸道的相關(guān)研究［1］。而由干細(xì)胞或隱窩增殖分化而成腸類器官不僅可再現(xiàn)腸道的上皮結(jié)構(gòu)特性，還含有腸上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞等多種分化的功能細(xì)胞，可呈現(xiàn)其起源組織的功能特性，是一種更貼近動物模型的體外模型，可被用于研究腸道干細(xì)胞功能和進(jìn)一步探索腸道功能［2-5］。近年來，動物腸類器官的研究不僅受到廣泛關(guān)注，其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大。動物腸類器官的培養(yǎng)技術(shù)已有文章對其進(jìn)行闡述［6-7］，本綜述主要總結(jié)了動物腸類器官當(dāng)前的主要應(yīng)用，并展望其未來的方向。

1" 動物腸類器官作為腸疾病的研究模型

1.1" 腸炎

炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease， IBD）是一種慢性、病情反復(fù)的胃腸道炎性疾病。目前，IBD的致病機(jī)制尚未明確，但主流觀點(diǎn)認(rèn)為IBD的發(fā)生是環(huán)境、免疫、遺傳、腸道微生物群失調(diào)和腸上皮屏障功能受損等因素綜合作用的結(jié)果［8-9］。IBD的常規(guī)治療主要包括服用免疫抑制劑和手術(shù)切除受損腸道。但是，IBD的常規(guī)治療存在耐藥性、手術(shù)后遺癥等缺點(diǎn)。因此，IBD治療的研發(fā)重點(diǎn)為探索其發(fā)病機(jī)制及相應(yīng)的創(chuàng)新療法。

動物腸類器官可以再現(xiàn)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，能模擬疾病在體內(nèi)發(fā)生和發(fā)展的情況，是研究IBD發(fā)病機(jī)制和治療方法的十分有效、真實(shí)且重要的體外模型。Rallabandi等［10］用葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)生成了小鼠IBD腸道類器官，并對其腸上皮通透性和相關(guān)促炎細(xì)胞因子表達(dá)量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該小鼠IBD腸道類器官上皮通透性上升，屏障功能下降，炎性細(xì)胞因子顯著增加，明確該模型可用于IBD的相關(guān)研究。

豬腸類器官也被應(yīng)用于IBD的相關(guān)研究。脂多糖（LPS）是革蘭陰性細(xì)菌外膜的組成部分，可被Toll樣受體4（TLR4）識別從而引發(fā)促炎反應(yīng)［11］?；诖耍琄oltes和Gabler［12］成功培養(yǎng)了豬腸類器官，然后將LPS處理過的豬腸類器官與未處理的豬腸類器官進(jìn)行比較和觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)LPS處理后的豬腸類器官其TLR4點(diǎn)狀定位增加，與早期內(nèi)體抗原1（EEA1）的共定位區(qū)域更廣。該試驗(yàn)證明了豬腸類器官可用于了解腸炎的致病機(jī)理和受體定位。

犬腸道生理學(xué)與人腸道生理學(xué)相似，且犬可自發(fā)發(fā)生IBD［13-14］。因此，犬可用于IBD的相關(guān)研究。但犬作為實(shí)驗(yàn)動物模型成本高且存在人犬情感羈絆的問題，而犬腸類器官能滿足試驗(yàn)需求且避免上述問題，是更適合研究IBD的體外模型［15］。Chandra等［16］成功分離并培養(yǎng)出健康犬和IBD犬的腸類器官后，研究了其前列腺素E受體4（EP4R）的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)EP4R在IBD犬活檢組織中的表達(dá)情況與在IBD犬腸類器官中的無明顯差異。EP4R是一種與IBD發(fā)病機(jī)制相關(guān)的蛋白，也是一些抗炎和鎮(zhèn)痛藥物（如非甾體抗炎藥）的靶標(biāo)受體。該犬腸類器官可用于探究已有的IBD藥物對于胃腸道組織中EP4R表達(dá)的影響，也可用于篩選出未知的EP4R拮抗劑，開發(fā)IBD新藥物。

展望未來能利用動物腸類器官進(jìn)一步探究IBD的致病機(jī)理，開發(fā)IBD新藥物，豐富IBD比較醫(yī)學(xué)的研究。

1.2" 腸缺血性損傷

腸缺血性損傷是由于腸系膜動靜脈血栓、腸道自身疾病或藥物等因素造成腸道血流供應(yīng)不足、缺氧，從而導(dǎo)致腸道發(fā)生梗死的一種腸道疾病。腸部缺血會引發(fā)后續(xù)的腸炎和腸道黏膜屏障受損，從而使黏膜失去保護(hù)作用。黏膜失去保護(hù)作用后，相關(guān)毒素與細(xì)菌易由此進(jìn)入體循環(huán)從而引起其他疾病［17］。因此，修復(fù)受損的黏膜屏障是腸缺血治療的研究重點(diǎn)。腸道干細(xì)胞（ISC）可負(fù)責(zé)腸道損傷后上皮細(xì)胞的更新，有望用于腸缺血性損傷后的治療。Stieler等［18］成功建立了腸缺血的豬模型，隨后成功分離正常豬腸道與腸缺血豬腸道干細(xì)胞。基于此，Stieler團(tuán)隊(duì)［19］還進(jìn)一步證明了同源域蛋白同源盒基因（HOPX）在ISC修復(fù)腸道受損的上皮細(xì)胞再生過程中起負(fù)調(diào)控作用，即HOPX的沉默能促進(jìn)細(xì)胞增殖和腸類器官生長。尋找相關(guān)藥物靶點(diǎn)，減輕腸上皮損傷也是腸缺血治療的研究方向。雖然腸類器官能很好地重現(xiàn)腸道結(jié)構(gòu)與功能，但是其缺乏循環(huán)系統(tǒng)、免疫細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等，不便于研究組織與組織間的相互作用。結(jié)合微流控系統(tǒng)與腸類器官建立的腸類器官芯片可以很好地解決上述問題。Huang等［20］建立了鼠小腸類器官和人工毛細(xì)血管后，將其與微流控技術(shù)相結(jié)合，制造出了人工毛細(xì)血管包埋的腸類器官芯片，通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)毛細(xì)血管受損或者氧氣供應(yīng)不足時，腸芯片中的類器官在細(xì)胞氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡方面會產(chǎn)生變化。通過RNA測序分析該缺氧類器官發(fā)現(xiàn)，嗅素結(jié)構(gòu)域家族蛋白4（OLFM4）是表達(dá)最顯著的基因。隨后通過對OLFM4缺陷鼠的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OLFM4會加劇腸道損傷，提示其為腸缺血性損傷治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

期盼未來能夠利用動物腸類器官繼續(xù)探索ISC增殖所需的優(yōu)良條件并發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)，為腸缺血性損傷提供新的治療方案。

1.3" 腸道腫瘤疾病

永生腫瘤細(xì)胞系為單一細(xì)胞族群，無法重現(xiàn)腫瘤的異質(zhì)性，且永生腫瘤細(xì)胞系的生理狀態(tài)會隨著傳代次數(shù)的增加或體外培養(yǎng)環(huán)境的不同而發(fā)生改變，無法準(zhǔn)確反映腫瘤在體內(nèi)的狀態(tài)。從腸道腫瘤組織中分離并建立的類器官可重現(xiàn)腫瘤組織的結(jié)構(gòu)特征和功能特性，突出腫瘤的異質(zhì)性，是研究腸道腫瘤疾病的優(yōu)良模型。鼠腸類器官被用于研究腸道腫瘤生長相關(guān)的調(diào)控基因和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，以探究腸道腫瘤的發(fā)生機(jī)制［21-23］。腺瘤樣結(jié)腸息肉易感基因（APC基因）是公認(rèn)的腫瘤抑制基因，與結(jié)腸腺瘤性息肉和直腸癌等疾病的發(fā)生息息相關(guān)。Xu等［23］從ApcWT和ApcMin/+：Rad21+/-小鼠的腸道中分離并培養(yǎng)出腸類器官后，發(fā)現(xiàn)來自ApcMin/+：Rad21+/-小鼠的腸類器官發(fā)生APC雜合性缺失的概率顯著降低。然后，針對Rad21進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)后證明Rad21是APC雜合性丟失的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其與直腸癌的基因失調(diào)密切相關(guān)［23］。

隨著人們對養(yǎng)寵觀念的改變以及小動物醫(yī)療的快速發(fā)展，犬、貓等伴侶動物的壽命有所增長，隨之而來的是腫瘤疾病的發(fā)生率增加［24］。動物腸類器官可以作為研究腸道腫瘤的模型。但目前犬、貓腸腫瘤類器官的研究較少。Chandra等［16］利用犬胃腸道間質(zhì)腫瘤和結(jié)直腸腺癌的臨床病料成功培養(yǎng)出對應(yīng)的類器官。LPS被認(rèn)為與促進(jìn)腸道腫瘤發(fā)展有關(guān)。過去，科學(xué)家主要關(guān)注LPS與腸道免疫細(xì)胞的關(guān)系，而人們對LPS是否影響上皮細(xì)胞的認(rèn)知非常有限。利用犬自發(fā)性腸道腫瘤構(gòu)建的類器官，可探索LPS與腸上皮之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，LPS不但可以促進(jìn)腸肥大細(xì)胞腫瘤類器官的增殖，還能改變上皮細(xì)胞的基因表達(dá)，通過LPS/TLR4信號通路和其他代謝通路影響腫瘤的發(fā)展［25］。CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)可對腸道類器官或腸道干細(xì)胞進(jìn)行編輯以誘導(dǎo)癌癥相關(guān)突變，從而對癌癥的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行研究。展望基因編輯技術(shù)能廣泛結(jié)合犬、貓腸類器官平臺用于犬貓腫瘤的研究，此舉能很好解決人們對于犬、貓等伴侶動物作為實(shí)驗(yàn)動物的情感羈絆問題。

2" 動物腸類器官作為宿主-病原體相互作用的研究模型

動物腸類器官不但在體外展現(xiàn)腸黏膜的3D結(jié)構(gòu)特征，還含有多種成熟分化的功能細(xì)胞。與腸道細(xì)胞系相比，3D腸類器官在解剖結(jié)構(gòu)和生理功能上更接近體內(nèi)腸道。因此，3D腸類器官是研究宿主與病原體關(guān)系的良好平臺。

腸類器官可以用于揭示腸道病原體所侵染的種屬和靶向的腸段偏好。Derricott等［26］利用熒光免疫法發(fā)現(xiàn)鼠傷寒沙門菌 4/74可出現(xiàn)在牛和豬的腸類器官的上皮細(xì)胞中而未出現(xiàn)在鼠腸類器官上皮細(xì)胞中。Yin等［27］用豬Delta冠狀病毒（PDCoV）感染不同腸段的豬腸類器官，發(fā)現(xiàn)PDCoV傾向侵染小腸，特別是空腸和回腸。此外，腸類器官還能夠鑒定腸道病原體所靶向的腸道上皮細(xì)胞類型。如豬流行性腹瀉病毒（PEDV）感染多類型的細(xì)胞，包括腸細(xì)胞、干細(xì)胞和杯狀細(xì)胞［28］。基于這些試驗(yàn)現(xiàn)象，不同種屬或不同腸段的類器官有望成為制造腸道病原體的高效“工廠”。

盡管腸類器官已經(jīng)廣泛被用于研究宿主-病原體的相互作用，但基礎(chǔ)的腸類器官其上皮細(xì)胞的頂端是向內(nèi)的，部分病原體無法接觸小腸的絨毛面，無法感染腸道。為解決此問題，Williamson等［29］建立了高通量顯微注射平臺。然而該技術(shù)操作難度高，難以普及。Van der Hee 等［30］將3D腸類器官轉(zhuǎn)化為2D的培養(yǎng)系統(tǒng)以便宿主-病原體的研究。而PEDV在2D腸類器官和體內(nèi)的感染程序不同。Li等［31］開發(fā)了一種豬上皮細(xì)胞頂端朝外的腸類器官培養(yǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于研究PEDV、豬傳染性胃腸炎病毒（TGEV）和呼腸孤病毒等專門通過小腸絨毛對腸道進(jìn)行感染的病毒。雞、牛、犬、兔等動物的上皮細(xì)胞極性反轉(zhuǎn)的腸類器官（上皮細(xì)胞頂端朝外）或單層類器官也已被成功培養(yǎng)，更便于宿主-病原體的研究［32-35］。這些動物腸類器官或?qū)⒊蔀樯钊腙U明宿主-病原體關(guān)系的可靠研究模型（表1）。

3" 動物腸類器官作為腸道營養(yǎng)學(xué)的研究模型

腸道是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場所。腸類器官能夠再現(xiàn)腸道功能，可用于腸道營養(yǎng)學(xué)的研究。Kar等［45］建立鼠腸類器官衍生的極化單層細(xì)胞后將其暴露于未消化的蛋白質(zhì)（酪蛋白、豆粕等飼料成分或黃粉蠕蟲等替代蛋白質(zhì)）中，然后對其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)和生物途徑分析，發(fā)現(xiàn)與動物體內(nèi)研究的結(jié)果一致。這表明該腸道類器官可能有助于預(yù)測飼料在動物體內(nèi)的代謝。目前，豬、禽的腸類器官也有被應(yīng)用于腸道營養(yǎng)學(xué)的研究。Wang等［46］使用仔豬腸道類器官模型研究發(fā)現(xiàn)，維生素A（VA）及其代謝產(chǎn)物視黃酸抑制了仔豬腸類器官的出芽、鉻粒蛋白A和腸液黏蛋白2（腸細(xì)胞分化標(biāo)志物）的表達(dá)，上調(diào)了Spp1和Trop2基因（胚胎干細(xì)胞標(biāo)志物）表達(dá)量，表明給仔豬飼喂高劑量VA可能會抑制腸道干細(xì)胞的分化，從而影響仔豬的腸道功能和生長性能。Satitsri等［47］發(fā)現(xiàn)，胡椒堿在豬腸類器官中具有抗炎和抗分泌的作用，對胡椒堿的進(jìn)一步研究可為斷奶仔豬腹瀉的治療提供新方案。Liu等［48］用褪黑素處理雞腸類器官后發(fā)現(xiàn)，較低劑量的褪黑素會使其抗氧化酶的表達(dá)升高，結(jié)合相關(guān)動物試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蛋雞飼喂褪黑素后可上調(diào)抗氧化酶來局部促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在小腸的表達(dá)和功能，最終提高蛋雞性能。對于畜牧生產(chǎn)而言，提高飼料效率、尋找適宜的營養(yǎng)物質(zhì)可幫助提高產(chǎn)量。動物腸道類器官可以作為研究腸道對飼料中物質(zhì)的反應(yīng)、提高飼料轉(zhuǎn)化率的潛在機(jī)制等營養(yǎng)學(xué)問題的模型，從而助力人們深入探究腸道對于提高生產(chǎn)效率的潛在可能性。

4" 動物腸類器官作為腸道免疫學(xué)的研究模型

動物腸類器官可用于研究病原體感染腸道后的免疫應(yīng)答反應(yīng)。Nash等［49］創(chuàng)新性地用禽腸絨毛創(chuàng)建了腸絨毛外翻的禽腸類器官，研究發(fā)現(xiàn)其保留了源自固有層的免疫細(xì)胞并且其中的白細(xì)胞保留了吞噬能力。該模型可被鼠傷寒沙門菌、甲型流感病毒和柔嫩艾美耳球蟲 （Eimeria tenella）感染，可用于研究病原體-腸道上皮細(xì)胞-白細(xì)胞間的相互作用。此外，免疫細(xì)胞的共培養(yǎng)系統(tǒng)也能夠用于研究病原體-腸道上皮細(xì)胞-免疫細(xì)胞的相互作用。Noel等［50］將巨噬細(xì)胞和人腸類器官分別接種在Transwell小室的下層和小室上層，且單層腸類器官的基底外側(cè)朝向?yàn)V膜，由此建立了人巨噬細(xì)胞-腸類器官共培養(yǎng)系統(tǒng)。然后用產(chǎn)腸毒素大腸桿菌（ETEC）和致病性大腸桿菌（EPEC）模擬體內(nèi)腸腔感染，即從單層腸類器官頂端絨毛感染該系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞可以感知、捕獲和殺死腸類器官管腔內(nèi)的病原體且不會破壞上皮屏障。

動物腸類器官還有望用于腫瘤免疫的研究。微流控技術(shù)和免疫共培養(yǎng)系統(tǒng)相結(jié)合能重現(xiàn)不同腫瘤的腫瘤微環(huán)境（TME），這不僅助于研究腫瘤類器官與免疫細(xì)胞中的相互作用，探索腫瘤免疫的潛在機(jī)制，還有利于預(yù)測新型免疫治療藥物［51］。

除了微流控技術(shù)和免疫共培養(yǎng)系統(tǒng)，近期“二代”腸類器官的出現(xiàn)也填補(bǔ)了腸類器官不具復(fù)雜免疫成分的缺陷。2023年，Bouffi等［52］將人腸類器官移植至具有人源化免疫系統(tǒng)的小鼠腎包膜中，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，移植后的人腸類器官具有免疫細(xì)胞的浸潤。該技術(shù)有望被用于其他動物腸類器官，產(chǎn)生含有免疫細(xì)胞浸潤的動物腸類器官，讓動物腸類器官更好地服務(wù)于腸道免疫學(xué)的研究。

5" 動物腸類器官作為人轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和再生醫(yī)學(xué)的研究模型

5.1" 人轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

藥物研發(fā)是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的重要內(nèi)容，是基礎(chǔ)科研成果應(yīng)用于臨床治療的關(guān)鍵一環(huán)。新藥需通過藥代動力學(xué)和藥物毒理學(xué)的評價，確保其在臨床試驗(yàn)中的有效性和安全性后才能進(jìn)入下一步臨床試驗(yàn)。傳統(tǒng)的前期藥物篩選模型分為體外模型和動物模型。其中體外模型主要從分子水平和細(xì)胞水平上對藥物進(jìn)行評價；而動物模型則是利用活體生物來測試藥物的各項(xiàng)指標(biāo)。體外模型具有成本低、便于基因操作等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于藥物研究。但是體外模型受其自身所限，無法重現(xiàn)人體所處的真實(shí)生理環(huán)境，導(dǎo)致體外試驗(yàn)的藥物篩選結(jié)果片面，失敗率較高。而大量不具成藥性的候選藥物進(jìn)入動物試驗(yàn)，會導(dǎo)致研究成本增加、試驗(yàn)周期延長。如果在研究中運(yùn)用更加真實(shí)且有效的體外模型，就能提高“從實(shí)驗(yàn)室到臨床”的轉(zhuǎn)化效率。腸類器官作為一種3D體外模型，包含了多種具有吸收和分泌等腸生物學(xué)功能的分化細(xì)胞，更接近于真實(shí)的腸道結(jié)構(gòu)與功能。因此，腸類器官有望成為篩選和評價藥物功能的理想體外模型。

豬和人在黏膜屏障生理學(xué)和多種易感的病原中具有較高的相似性［14，53］。目前，很多研究已證明豬可以作為多種疾病的動物模型，如急性腸系膜缺血、短腸綜合征、艾滋病相關(guān)的隱孢子蟲感染和應(yīng)激性腸功能障礙［54-58］。動物腸類器官可以很好地展現(xiàn)原組織的某些特性，出于對效益和減少活體動物使用的考慮，近兩年來，多篇毒理學(xué)研究的文章中，已呈現(xiàn)豬腸類器官取代活體豬的趨勢［31，59-61］ 。豬是對真菌毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）最敏感的動物，Li等［59］將豬腸類器官用作體外研究DON對腸道毒性的模型。Zhou等［60］利用豬腸類器官以探索脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、Wnt/β-catenin通路及腸道干細(xì)胞之間的關(guān)系。因此，筆者團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，豬腸類器官模型有望逐漸替代活體豬動物模型用于上述疾病和毒理學(xué)的研究。

此外，犬胃腸道生理結(jié)構(gòu)功能與人類的相似［14］。因此，犬常作為動物模型用于評價人類藥物的安全性［62-63］。由于犬是公認(rèn)的伴侶動物，人犬關(guān)系、動物倫理和動物福利等因素限制了實(shí)驗(yàn)犬的使用，因此近年活體犬的實(shí)驗(yàn)率有所下降［64］。而犬腸道類器官能再現(xiàn)犬腸道的生理結(jié)構(gòu)和功能，有望替代活體犬進(jìn)行多種臨床試驗(yàn)，減少活體動物模型的使用，確保落實(shí)動物實(shí)驗(yàn)的3R原則，即替換（Replacement）、減少（Reduction）和改進(jìn)（Refinement）［16］。Sahoo等［65］建立了犬結(jié)腸衍生的單層的具有高度完整性的腸類器官，用其評估了β阻滯劑（例如普萘洛爾，美托洛爾和阿替洛爾）的滲透性，并與Caco-2細(xì)胞系做了對比，揭示了使用犬結(jié)腸衍生的單層腸類器官作為藥物滲透性評估的模型系統(tǒng)的潛力。

綜上所述，豬和犬腸類器官的體外模型已在人轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的研究中得到廣泛應(yīng)用。未來將有更多種屬動物的腸類器官代替其2D體外模型，在新藥研發(fā)中發(fā)揮重要作用。

5.2" 再生醫(yī)學(xué)

腸上皮黏膜由單層細(xì)胞緊密排列而成，起到吸收營養(yǎng)、保護(hù)、屏障等作用。腸上皮功能的受損與IBD的發(fā)生關(guān)系密切，而嚴(yán)重的IBD和腸切除手術(shù)會導(dǎo)致短腸綜合征（short bowel syndrome，SBS）。這種情況會影響腸道吸收功能，導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生嚴(yán)重的營養(yǎng)不良，還可能因?yàn)槟c道屏障功能受損而易受病原體侵害。因此，SBS患者術(shù)后修復(fù)和IBD患者腸屏障的修復(fù)是再生醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)。

腸類器官可在體外重現(xiàn)腸道的結(jié)構(gòu)與功能，是腸道研究真實(shí)且有效的模型，也是腸道再生領(lǐng)域備受關(guān)注的工具。Yui等［66］使用硫酸葡聚糖硫酸鈉（DSS）成功誘導(dǎo)了小鼠IBD模型。為了探索腸類器官是否能用于移植修補(bǔ)損傷的腸黏膜，Yui等［66］將帶有熒光標(biāo)記的小鼠結(jié)腸類器官以灌腸方式引入具有黏膜損傷的小鼠結(jié)腸中，發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸類器官附著在結(jié)腸黏膜受損的創(chuàng)面上，形成平坦的上皮層或輕微的內(nèi)陷面。小鼠結(jié)腸類器官再生的管狀隱窩與小鼠結(jié)腸的上皮組織在組織學(xué)上無明顯差異，且具有相同的表皮屏障功能，證明了腸類器官移植修復(fù)腸組織的可行性，說明小鼠結(jié)腸類器官具有再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力。

盡管腸類器官作為再生醫(yī)學(xué)的工具具有優(yōu)勢，但是腸類器官成熟后會形成一個中心球體，不形成腸絨毛結(jié)構(gòu)的指狀突起，腸類器官依舊不能完全精準(zhǔn)復(fù)刻體內(nèi)腸道的大小、形狀和功能［2］。此外，腸類器官培養(yǎng)所需的基質(zhì)膠多數(shù)來源于小鼠的肉瘤，組分無法標(biāo)準(zhǔn)化且費(fèi)用昂貴。上述缺點(diǎn)可能會限制腸類器官在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

6" 問題與展望

近年來，隨著科研人員不斷探索和改良各動物的腸類器官培養(yǎng)體系，腸類器官能無限擴(kuò)增、易操作、能重現(xiàn)起源組織功能特性等優(yōu)點(diǎn)令其成為了受歡迎的體外模型。但是腸類器官作為研究模型仍存在一些問題?；A(chǔ)腸類器官的上皮細(xì)胞具有極性，頂端向內(nèi)，使得許多病原體或其他物質(zhì)無法接觸腸類器官的絨毛面。因此，研究病原體或物質(zhì)與腸道之間的關(guān)系時需要結(jié)合顯微注射等方法。但顯微注射技術(shù)難度較大。而細(xì)胞極性反轉(zhuǎn)腸類器官、單層腸類器官和懸浮培養(yǎng)腸類器官的培養(yǎng)技術(shù)相對簡單，能更好地用于物質(zhì)與腸道相互作用的研究。此外，動物腸類器官培養(yǎng)所需的基質(zhì)膠多數(shù)來源于肉瘤，有病原傳播風(fēng)險(xiǎn)，存在組分無法標(biāo)準(zhǔn)化且費(fèi)用昂貴等問題，這限制了動物腸類器官的廣泛應(yīng)用。未來有望發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化的、非肉瘤源的基質(zhì)膠進(jìn)一步優(yōu)化腸類器官的培養(yǎng)，使腸類器官更好地為科學(xué)研究服務(wù)。另外，動物腸類器官不能重現(xiàn)腸道微生物群，基礎(chǔ)腸類器官缺乏免疫、神經(jīng)、間充質(zhì)和血管等相關(guān)細(xì)胞。未來可以通過共培養(yǎng)、微流體腸芯片以及將類器官移植至動物宿主體內(nèi)等方法來增加腸道類器官的復(fù)雜性，進(jìn)一步擴(kuò)大腸類器官的應(yīng)用范圍。

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（編輯" 范子娟）