Cell 子刊 | 用器官芯片揭示肠道微环境和机械力促进志贺氏菌感染
推荐：江舜尧
编译：我是大师球
编辑：十九
法国巴斯德研究所病原体和微生物联合实验室Nathalie Sauvonnet团队于2019年9月3日在微生物顶级期刊CELL HOST & MICROBE（IF=15.753）发表题目为《Bioengineered Human Organ - on - Chip Reveals Intestinal Microenvironment and Mechanical Forces Impacting Shigella Infection》的文章，该研究采用肠器官芯片评估了肠道微环境和肠道机械力对志贺氏菌感染的影响。
文章摘要
研究背景：
人肠道内附着的单层上皮细胞，是抵抗微生物入侵的第一道防线。虽然对肠道上皮细胞抵抗微生物入侵的研究已经取得了长足进步，但病原体入侵肠道微环境的机制以及机械力对致病性的作用仍不清楚。器官芯片技术和微工程的不断进步使得在体外重建肠道生物屏障模型成为现实。本研究使用了肠-芯片技术研究了机械力对志贺氏菌入侵人结肠上皮细胞的能力。
结果：
结果表明，肠道的架构和机械力对志贺氏菌感染上皮的各个阶段都有强烈的影响。3D组织架构特别容易受到细菌粘附，一旦细菌到达结肠上皮的隐液状区域，即可进行强烈的T3SS激活。使得感染明显增加，最小的细菌载量也能入侵肠道细胞，并损坏肠道屏障完整性。肠隐窝在志贺氏菌繁殖中起到了重要的作用，显示了肠道微环境的重要作用。同时肠机械力（蠕动等）在细菌入侵中也有重要作用。蠕动运动强烈推动细菌从表皮入侵，最后在流动产生的生理相关纯粹应力下，细菌进行进一步的繁殖。
结论：
研究结果显示，志贺氏菌利用肠道微环境（微架构和机械力）能更有效地侵入肠道。这使人们对肠道病原体入侵得分子和机械过程有了新的认识。
文章中重要图片说明
图1 | 志贺氏菌感染肠芯片模型 （A）肠芯片模型照片；（B）肠芯片中央通道正面图；（C）缝合图像正横截面肠道突起。扫描共聚焦显微镜和Z投影采集;（D）接触志贺菌（GFP标记，上方）或聚苯乙烯珠（AlexaFluor-350标记，下方）60 min后的芯片结果。（E）感染志贺氏菌（GFP标记，绿色）60 min的缝合图像正截面。细胞核用DAPI染色（红色）；（F）肠芯片隐窝和绒毛上皮志贺菌分布定量；（G）肠上皮生长分析结果（Mean ± SEM）；（H）正常和感染志贺菌1 h后肠上皮生长情况；（I）肠芯片感染1 h志贺菌和聚苯乙烯珠后隐窝和绒毛上皮志贺菌和珠子的分布；（J）未感染（左）和感染Shigella-WT-GFP（中）、Shigella-mxiD-GFP（右）一夜的肠芯片；（K）未感染和感染Shigella一夜的前横截面；（L）感染Shigella-WT-GFP和Shigella-mxiD-GFP表面占有率；（M）肠绒毛高度分析。
图2 | 内皮3D架构对志贺氏菌感染肠芯片的影响。（A）志贺氏菌-WT-GFP（绿色）过夜感染芯片的俯视图。感染前Caco-2细胞分别培养2天（平面2D，上）或6天（3D，下）。（C）志贺氏菌感染定量分析。肠上皮细胞在肠芯片或Transwell中生长，然后用1和100MOIs感染2 h，Shigella-mxiD作为对照。然后用庆大霉素作用1 h洗去上皮上皮表面细菌，再用肠上皮裂解收集志贺氏菌，用电镀稀释法测定；（D）免疫荧光定量检测志贺菌感染；（E）志贺氏菌感染后肠芯片的延时成像；（F）上通道（绿色）和下通道（粉红色）检测到的细菌数量进。
图3 | 机械力在志贺菌感染后粘附和侵袭过程中的作用。（A）缝合图像显示感染志贺氏菌1 h后肠芯片3D（上）或2D（下）生长的上皮细胞的横截面；（B）CFU定量志贺氏菌的粘附情况；（C）施加机械力的情况下染1 h志贺菌后肠芯片上皮细胞3D或2D生长情况；（D）缝合图像显示感染志贺氏菌3 h后肠芯片3D（上）或2D（下）生长的上皮细胞的横截面；（E）CFU计数定量志贺氏菌入侵情况。
图4 | 机械力在志贺菌感染后繁殖过程中的作用。（A）缝合图像显示感染志贺氏菌15 h（增殖阶段）后肠芯片3D（上）或2D（下）生长的上皮细胞的横截面；（B）CFU定量志贺氏菌的繁殖情况；（C）志贺氏菌感染过夜后肠芯片在无流动和无蠕动（左）、仅流动（中左）、仅蠕动（中右）和即流动也蠕动（右）下的图像。细菌感染2 h，用含有庆大霉素的细胞培养物培养过夜；（D）对四种（无流动/无拉伸，仅流动，仅拉伸，流动和拉伸）条件下志贺氏菌扩散的定量；（E）感染指数的量化。
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