彭雅萱，段盛林，楊宗玲，劉義鳳，李海枝，潘 聰，于有強，夏 凱,

（中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，功能主食創(chuàng)制與慢病營養(yǎng)干預(yù)北京市重點實驗室，北京 100015）

類器官技術(shù)是指采用三維（three-dimensions，3-D）培養(yǎng)條件將干細胞分裂分化形成在空間、結(jié)構(gòu)上與來源器官組織、基因、結(jié)構(gòu)和功能相似的微器官或微組織的過程，所形成的微器官或微組織稱為類器官[1-2]。近年來，類器官技術(shù)由于其形成的組織器官在細胞生長狀態(tài)、生存空間及功能方面更接近體內(nèi)細胞而受到諸多領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。2013年，類器官技術(shù)被《Science》雜志列入“十大突破”技術(shù)；2017年被《Nature》雜志評選為年度最佳生物技術(shù)；2019年，《Nature》、《Cell》及《Science》雜志分別發(fā)表了類器官特刊，肯定了類器官技術(shù)在各領(lǐng)域的重要地位。腸類器官作為第一種從干細胞中培養(yǎng)而來的類器官在腸道疾病、藥物篩選與評價、個體遺傳與評價方面具有重要的應(yīng)用前景，其主要優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)和功能與活體極其相似，可進行監(jiān)控和改造[3-4]。腸類器官技術(shù)首先在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域迅速發(fā)展，目前，也逐漸應(yīng)用到營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域。

在營養(yǎng)學(xué)研究上，體外模型可定性、定量地研究營養(yǎng)物質(zhì)在腸道的吸收動力學(xué)、吸收機制、有效吸收部位及影響吸收的因素等，為某種營養(yǎng)物質(zhì)的高效利用提供更科學(xué)的理論依據(jù)。目前國內(nèi)外已廣泛將動物模型應(yīng)用于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收代謝研究[5-7]，雖然動物模型可在一定程度反映人體營養(yǎng)物質(zhì)的吸收代謝情況，但由于動物模型模擬腸道與人體腸道各部分因組織結(jié)構(gòu)和生理功能存在差異性，其結(jié)果不一定適用于人體。腸道類器官的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了一個全新的途徑。本文概述了腸類器官在重要營養(yǎng)素如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類、維生素、礦物質(zhì)等的消化吸收方面的研究現(xiàn)狀，可為腸類器官在食品營養(yǎng)吸收、藥物代謝及食品攝入安全評價等方面的研究提供參考。

1 腸類器官概述

腸類器官是指通過體外培養(yǎng)腸干細胞使之逐漸增殖、分化出包括杯狀細胞和潘氏細胞在內(nèi)的幾乎所有類型，形成了具有不同腸細胞之間生物通信的結(jié)構(gòu)及其功能的迷你腸器官或腸組織[8-9]，可重現(xiàn)其在原生組織的重要特征，包括與原生腸上皮相似、由隱窩和絨毛組成的高度折疊的上皮結(jié)構(gòu)[10]。由此可知，腸類器官具有三個基本特點。首先，它包含腸道器官的多個細胞類型；第二，它能表現(xiàn)出腸道器官的功能；第三，腸類器官細胞的組織方式與腸道器官本身相似，這也意味著腸道器官在發(fā)展過程中建立其特有組織的方式是相似的。在此基礎(chǔ)上，利用腸類器官研究不同營養(yǎng)素在腸道的消化吸收等營養(yǎng)特性將會是一個絕佳的選擇。

1.1 腸類器官簡史

Rheinwald等[11]于1975年首次提出了人類細胞的培養(yǎng)方法，并于兩年后成功利用人類干細胞進行了3-D組織結(jié)構(gòu)重組。2009年Sato等[3]成功將源自富含亮氨酸重復(fù)序列的陽性G蛋白偶聯(lián)受體5（leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5+，Lgr5+）腸道干細胞（Intestinal stem cells，ISC）培養(yǎng)形成隱窩絨毛結(jié)構(gòu)，并能夠分化成所有腸細胞類型，取得了突破性進展。2010年，Cao等[12]采用了兩步分化程序，使胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）分化形成內(nèi)胚層，并發(fā)現(xiàn)來源于ESCs的內(nèi)胚層可以分化為腸類器官，并可以用來移植修復(fù)體內(nèi)受損的腸組織。2011年，Spence等[13]首次證明人類誘導(dǎo)多能干細胞（human pluripotent stem cells，hPSCs）可以在體外有效地分化成與胎兒腸非常相似的結(jié)構(gòu)。

1.2 腸類器官的分類

腸類器官可根據(jù)來源可分為成體腸干細胞、胚胎干細胞和誘導(dǎo)多能干細胞。腸干細胞分布于腸道隱窩底部；胚胎干細胞是早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞[8]；而誘導(dǎo)多能干細胞是體細胞通過細胞重編程（Cell Reprogramming）恢復(fù)到全能性狀態(tài)而形成的干細胞[14]。這些干細胞可通過培養(yǎng)形成隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)，并能進行長時間的自我更新和分化。根據(jù)腸類器官初始培養(yǎng)體系組分的不同，又可以將其分為原生上皮細胞類器官、上皮間葉組織類器官和多能干細胞類器官[8]。

1.3 腸類器官的組成

腸干細胞是可以再生整個隱窩絨毛結(jié)構(gòu)的細胞，它具備長期自我更新和多能分化兩種能力，因此腸干細胞既能維持其數(shù)量保持在一定的范圍又能分化為一系列不同種類的腸細胞。腸干細胞可分化為六種主要的細胞類型。吸收性細胞占所有上皮細胞的80%，主要職責(zé)是在酶的作用下進行消化和吸收[15]。杯狀細胞同時存在于腸隱窩和絨毛中，占4%～12%，主要作用是分泌粘蛋白從而形成兩層黏膜，其中疏松的外層為共生細菌提供定殖條件，以維持腸道菌群的平衡，而致密的內(nèi)層牢固地附著在上皮細胞上，防止微生物對上皮細胞造成損傷；此外，杯狀細胞還會產(chǎn)生一些修復(fù)因子來促進損傷后的修復(fù)過程[16-17]。與其他細胞相比，潘氏細胞是壽命較長的（2～3個月）分化細胞，占全部腸上皮細胞的3%～8%，其向下遷移并定居在隱窩底部，主要作用是產(chǎn)生抗菌肽對隱窩腔進行消毒[17]。腸內(nèi)分泌細胞分布于隱窩-絨毛軸結(jié)構(gòu)，通過釋放多種激素協(xié)調(diào)新陳代謝、胰島素分泌、食物攝入和營養(yǎng)同化，但其數(shù)量較少，不足1%[15]。M細胞位于腸隱窩，其主要作用是通過管腔中抗原的轉(zhuǎn)胞吞作用調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，僅占上皮細胞不足1%，同樣含量較少的還有化學(xué)感應(yīng)簇細胞（0.4%～2%）[16-17]。

1.4 腸類器官的培養(yǎng)

腸類器官是干細胞在體外3D培養(yǎng)條件下，再現(xiàn)了同類細胞以黏附的方式分類聚集（cell sorting）和空間特異性的細胞譜系定型（spatially restricted lineage commitment），突破了細胞間單純的物理接觸聯(lián)系，得到的具有更加緊密的細胞間生物通信和對應(yīng)功能的迷你腸器官或腸組織[9]。其3D培養(yǎng)體系是建立在懸浮培養(yǎng)基礎(chǔ)上的，通過使用無支架技術(shù)或支架避免細胞直接與塑料培養(yǎng)器皿直接接觸。無支架技術(shù)是細胞通過重力和表面張力在特定培養(yǎng)基的液滴中培養(yǎng)[18]，但目前已有的研究中培養(yǎng)類器官大多都使用支架。支架是類似天然細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的天然或合成水凝膠。ECM[19-21]是由水、蛋白質(zhì)和多糖組成的具有三維結(jié)構(gòu)的柔軟且可移動的基質(zhì)復(fù)合體，它不斷與周圍細胞相互作用，不僅能維持正常細胞的結(jié)構(gòu)和功能，還能促進細胞分化，在培養(yǎng)類器官過程中最常用的一種支架是Matrigel[9,18]，它是由小鼠肉瘤細胞分泌的一種異質(zhì)性的膠質(zhì)蛋白混合物，其主要包含粘附蛋白，如膠原蛋白、內(nèi)凝血素、層粘連蛋白和硫酸肝素蛋白聚糖，類似于細胞外環(huán)境，為干細胞的黏附、生長和分化提供結(jié)構(gòu)支持和生物化學(xué)信號。此外，ISCs來源的腸類器官由于缺乏基質(zhì)細胞，其形成和發(fā)展需要依賴在培養(yǎng)基中加入一些關(guān)鍵成分，包括Wnt-3A、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、Noggin和R-spondin1，統(tǒng)稱為WENR培養(yǎng)基[22]，這些成分參與多種信號通路以調(diào)控腸干細胞的自我更新和分化，使腸干細胞 能向特定細胞類型分化的同時又能維持一定的干細胞數(shù)量，從而形成腸類器官。而PSCs來源的腸類器官，需要先經(jīng)過激活素[23-24]處理，使PSCs分化為內(nèi)胚層，經(jīng)內(nèi)胚層誘導(dǎo)后，PSCs將分化成中腸和后腸組織，并從附著在組織培養(yǎng)皿上的單層上皮細胞中萌發(fā)，再在含有腸生長因子的基質(zhì)中進一步培養(yǎng)，通過增殖和擴展形成多種主要腸細胞類型。不論是哪種干細胞形成的腸類器官均能用于后續(xù)不同營養(yǎng)素的營養(yǎng)特性研究。

2 腸類器官對各類營養(yǎng)素消化吸收的研究進展

人體食物的消化吸收是一個極其復(fù)雜的過程，機體生長所需的營養(yǎng)素通過食物攝入后轉(zhuǎn)化而來。目前越來越多的研究者通過體內(nèi)實驗和動物模型研究食物的消化吸收特性，但其存在成本昂貴、操作復(fù)雜且不可逆等缺點，相較之下，體外模型具有簡便易行、可循環(huán)利用等優(yōu)點。目前被廣泛應(yīng)用于食物營養(yǎng)素吸收特性的細胞主要有Caco-2細胞[25]、T84細胞[26]和HT-29細胞[27]，這些細胞純度高可長期培養(yǎng)，但腸道組織形態(tài)生理的相關(guān)性和腸道分化功能不能被充分體現(xiàn)，且在連續(xù)傳代培養(yǎng)過程中易突變。

隨著類器官技術(shù)的不斷發(fā)展，腸類器官因包含多種細胞類型，具有腸器官的功能成為營養(yǎng)研究模式的熱點，越來越多的研究者開始嘗試將腸類器官模型應(yīng)用于不同物質(zhì)的營養(yǎng)特性研究。

2.1 碳水化合物

碳水化合物是細胞的主要組成成分及生命活動的供能物質(zhì)。碳水化合物的消化吸收主要在小腸進行，食物中的碳水化合物在消化過程中，先在胰淀粉酶的作用下分解為雙糖，再通過小腸刷狀緣分泌的雙糖酶進一步分解為單糖，然后通過特殊的轉(zhuǎn)運蛋白吸收進入血液運輸至身體各組織細胞最后被利用。單糖可通過被動或主動運輸方式被腸細胞吸收并從腸細胞中排出。人類糖尿病等重大疾病與糖的攝入量高度相關(guān)，研究糖的體外模型對食品及醫(yī)藥行業(yè)具有重要意義，如通過體外模型分析不同生理條件下人體腸道對葡萄糖的吸收進而了解其營養(yǎng)需要量及能量的供需情況。

Hasan等[28]利用類器官培養(yǎng)技術(shù)，以健康瘦人和病態(tài)肥胖患者的腸干細胞進行培養(yǎng)，證明了肥胖人群飲食中葡萄糖的吸收和糖異生的增加是由于腸道碳水化合物代謝相關(guān)重要載體與限速酶，如鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體（Sodium Glucose Cotransporter-1，SGLT1）、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2（Glucose Transporter 2，GLUT2）和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白5（Glucose Transporter，GLUT5），以及糖異生酶，如磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶（Phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK1）和葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase，G6P）的表達明顯高于低葡萄糖吸收和缺乏糖異生酶的瘦人腸道。除此之外，在相同濃度葡萄糖的處理條件下，高BMI/高葡萄糖吸收率的腸道細胞能夠吸收更多的葡萄糖，解釋了一些病態(tài)性的肥胖不能通過改變飲食得到有效控制的原因。Zietek等[29]利用小鼠小腸類器官模型同時分析，分析了胰高糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）具有葡萄糖濃度劑量依賴性，證明小鼠小腸類器官可作為研究腸道營養(yǎng)物質(zhì)吸收、藥物轉(zhuǎn)運和腸細胞代謝的體外模型。最近的一項研究中，F(xiàn)ilippello等[30]利用腸道類器官分析高葡萄糖濃度對腸內(nèi)分泌細胞分化的影響，結(jié)果表明，高葡萄糖濃度會抑制腸內(nèi)分泌細胞中相關(guān)標(biāo)志物的表達，減少腸促胰島素的分泌，該研究為干預(yù)治療Ⅱ型糖尿病提供了相關(guān)參考。

鑒于鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白家族和促進性葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白家族的多種轉(zhuǎn)運蛋白具有部分未知的特異性，腸道糖吸收的機制尚不完全清楚，類器官技術(shù)的出現(xiàn)或許可推動該領(lǐng)域的發(fā)展。

2.2 蛋白質(zhì)

攝入的蛋白質(zhì)首先在胃內(nèi)部分被胃蛋白酶水解為氨基酸、寡肽以及少量的多肽，然后到達小腸后被胰蛋白酶和小腸粘膜細胞刷狀緣中的氨基肽酶、寡肽酶共同作用分解為氨基酸及短肽。

Kar等[31]利用腸類器官單層腸道上皮細胞結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)的方法研究不同膳食來源的蛋白質(zhì)對上皮細胞功能的影響。結(jié)果表明，不同膳食來源的蛋白質(zhì)在上皮細胞中具有獨特的生物表達過程。這項研究證明了腸道類器官模型可用于評估膳食成分與腸道上皮之間復(fù)雜的相互作用關(guān)系。Wang等[32]建立了一種雞腸道類器官培養(yǎng)方法，并利用該模型探討蛋氨酸及其羥基衍生物（methionine hydroxy analogue，MHA）缺乏對腸道類器官發(fā)育的影響。結(jié)果表明，MHA缺乏會抑制類器官的形成、分化，該研究證明了利用腸道類器官模型可以直接反映某些營養(yǎng)素或化學(xué)物質(zhì)對腸道發(fā)育的影響。彭麗媛[33]通過建立炎性損傷腸類器官模型，探究了牛乳鐵蛋白肽經(jīng)過消化后得到的短肽對炎性損傷腸道細胞的保護作用，發(fā)現(xiàn)消化后得到的短肽可以通過增強緊密連接蛋白的表達來保護腸道健康，抑制炎性因子的釋放并緩解炎性類器官的異常增殖分化現(xiàn)象，該研究證明利用腸類器官可以探究不同蛋白質(zhì)、肽對腸道細胞的不同影響。

蛋白質(zhì)、多肽的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其在小腸部位的吸收方式，與小腸細胞的相互作用以及其中蘊含的機制機理許多都還處于未知或不完全清晰的狀態(tài)，腸類器官模型將會是引導(dǎo)研究者們解開疑問的又一絕佳手段。

2.3 脂肪

脂肪的消化主要在小腸部位，在膽汁的作用下被乳化為微粒，再通過脂肪酶的作用被分解為游離脂肪酸和甘油單酯。通過飲食中脂肪的吸收，以及腸促胰島素激素和免疫介質(zhì)的分泌，腸道在調(diào)節(jié)全身脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)方面起著至關(guān)重要的作用。

Jung等[34]通過腸類器官模型，證明了短鏈脂肪酸（乙酸、丁酸、丙酸）可以促進腸道類器官的發(fā)育，且短鏈脂肪酸對促進腸上皮細胞的增殖和更新具有重要作用。在Semir等[35]的研究中，小鼠腸道類器官暴露于棕櫚酸中，有利于腸類器官的增殖分化。這兩項研究均表明可通過腸類器官的增殖和生長狀態(tài)研究不同脂肪酸對腸道的影響。腸道可合成一種特殊脂蛋白，即乳糜微粒，含有膳食甘油三酯（triacylglycerol，TAG）和膽固醇，以及結(jié)構(gòu)和功能性載脂蛋白，是代謝疾病的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。Jattan等[36]利用小鼠腸類器官模型證明了飲食脂肪吸收的腸道機制，發(fā)現(xiàn)了腸道中載脂蛋白C-Ⅲ的過表達導(dǎo)致小腸分泌更小、密度更小的乳糜微粒，減少TAG的分泌。Li等[37]同樣利用了腸類器官技術(shù)研究了飲食中脂質(zhì)吸收和脂蛋白分泌的腸道機制。這兩項研究證明了腸類器官可用于闡明心血管疾病危險因素背后的腸道機制，包括組織特異性載脂蛋白功能。

從這些研究中可以看出，隨著腸類器官技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者們已經(jīng)逐漸從僅探究脂肪對腸細胞增殖和分化能力的影響到不同脂肪及其衍生物的吸收機制以及對相關(guān)疾病產(chǎn)生影響的原理。由此說明，腸類器官技術(shù)的應(yīng)用范圍在不斷擴大，相信在不久之后，腸類器官在脂肪吸收特性研究這一領(lǐng)域?qū)⒌玫礁悠毡榈膽?yīng)用。

2.4 維生素

維生素可分為脂溶性維生素和水溶性維生素，前者包括維生素A、D等，它們通過溶解于脂質(zhì)中被人體共同吸收；后者包括維生素C和維生素B族，它們通常與食物中的蛋白質(zhì)等結(jié)合，并在消化道中逐步被釋放，最后在腸道被吸收。

Qi等[38]從小鼠體內(nèi)分離并培養(yǎng)出4種具有不同腸道微生物群的腸類器官，研究維生素C和維生素B3對攜帶不同微生物的四種腸類器官的影響。結(jié)果表明，維生素C濃度為1200 μg/mL、維生素B3濃度為600 μg/mL對腸道干細胞具有敏感性，該研究為腸道類器官在制備維生素C和維生素B3口服液提供了理論依據(jù)。Yamada等[39]利用類器官技術(shù)研究維生素A的活性代謝產(chǎn)物——全反式維甲酸對腸道類器官分化的影響。結(jié)果表明，維A酸可增加腸類器官中可促進腸成熟發(fā)育的藥物代謝酶基因CYP3A4的表達，并降低腸上皮單層膜對異硫氰酸熒光素標(biāo)記的葡聚糖的通透性，并證明了維生素A的活性代謝產(chǎn)物維A酸對腸上皮屏障的保護作用。Sittipo等[40]采用腸道類器官模型研究了維生素D3對腸道類器官中腸上皮細胞分化和干細胞生存能力的影響。結(jié)果表明，維生素D3可促進腸道上皮細胞分化，誘導(dǎo)細胞凋亡，這也為維生素D3可預(yù)防直腸癌提供了依據(jù)。

目前利用腸類器官研究維生素吸收特性的相關(guān)研究較少，但已有的研究不僅深入到吸收相關(guān)的機制機理研究，還與腸道微生物相結(jié)合，進一步優(yōu)化了腸類器官模型，為維生素在腸道吸收特性等方面的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。

2.5 礦物質(zhì)

礦物質(zhì)在食品中以游離和各種結(jié)合態(tài)的形式存在，游離形式的礦物質(zhì)可被直接吸收，而以結(jié)合態(tài)形式存在的礦物質(zhì)在消化道中各種酶的作用下逐漸被釋放并吸收。

Seiwert等[41]評估了血紅素鐵在小鼠腸道類器官中的遺傳毒性和細胞毒性作用，揭示了血紅素鐵可促進一些活性氧的形成，并誘導(dǎo)DNA損傷，降低細胞活性。威爾遜病是由ATP7B基因突變引起的銅失衡疾病，Pierson等[42]表征了ATP7B在小鼠腸類器官和組織中的作用，通過免疫組織化學(xué)和X射線熒光用于表征組織中ATP7B和Cu的分布，結(jié)果表明，ATP7B沿十二指腸隱窩-絨毛軸維持Cu梯度，并緩沖腸上皮細胞質(zhì)中的Cu含量。該研究利用腸道類器官模型揭示了銅代謝紊亂引發(fā)威爾遜病的機制。

礦物質(zhì)是人體必需的營養(yǎng)素之一，在體內(nèi)無法自行產(chǎn)生、合成，必須由外界環(huán)境供給。適量的攝入礦物質(zhì)是維持機體正常生命活動所必需的，但攝入過量或不足都會不同程度的引起機體的不適，甚至引發(fā)疾病。目前，采用體外模型評估礦物質(zhì)的利用和運輸機制仍然存在局限性，如難以準(zhǔn)確定量營養(yǎng)素當(dāng)量、單一細胞模型無法滿足研究設(shè)計要求等，類器官技術(shù)的出現(xiàn)為評價營養(yǎng)環(huán)境中礦物吸收代謝提供了一個易于操作的模型。

2.6 其他

胃腸道的腸上皮不斷更新以吸收營養(yǎng)，并為身體提供外部保護。除了以上提到的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)以及維生素這些常見營養(yǎng)素外，腸道上皮還會不斷暴露于其他化學(xué)物質(zhì)和飲食成分包括植物活性成分、食品添加劑等中，因此研究不同成分對腸類器官的生長速率、細胞的增殖分化能力以及不同成分的吸收機制甚至對調(diào)控某些激素的影響至關(guān)重要。

2.6.1 植物活性成分 植物活性成分是指植物體內(nèi)除水分、糖類、蛋白質(zhì)類、脂肪類等必要物質(zhì)外的一類對人或其他生物具有一定生理促進作用的物質(zhì)，其中還包括一些次級代謝產(chǎn)物。

Cai等[43]利用腸道類器官模型研究了不同濃度谷氨酸鈉、維生素C、綠原酸、咖啡酸、姜黃素和對羥基苯丙酸六種常見營養(yǎng)素對小鼠腸類器官生長生長速率的影響，結(jié)果表明，幾種膳食成分對腸類器官的生長無顯著影響，而咖啡酸以濃度依賴的方式抑制了小鼠腸道類器官的生長，這與其他體外結(jié)果一致[44]；但谷氨酸鈉的結(jié)果與以往不一致[45]；且王穌嬙[46]在對綠原酸進一步的研究中利用腸類器官構(gòu)建腸道受損模型，發(fā)現(xiàn)在一定的濃度范圍內(nèi)，綠原酸可增加腸類器官的存活率，顯著增強其生長和分化能力，且對受損腸道具有一定保護作用，并在此基礎(chǔ)上，進一步探究了綠原酸對受損腸道的保護機制，說明了綠原酸對保護腸道以及促進損傷修復(fù)具有重要意義。這些研究表明可以通過建立一定狀態(tài)的腸類器官模型并總結(jié)其生長和狀態(tài)來研究不同活性物質(zhì)對腸道的影響。已有研究報道了十字花科蔬菜的高攝入量與幾種胃腸道癌癥的低風(fēng)險之間具有顯著相關(guān)性[47-48]。而食用十字花科蔬菜的潛在健康益處在于吲哚-3-甲醇（Indole-3-carbinol，I3C）等成分，最近Park等[49]利用小鼠小腸類器官對I3C進行了研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)I3C處理的腸類器官中的杯狀細胞數(shù)量減少，但潘氏細胞的數(shù)量以及隱窩和絨毛的深度和長度沒有改變，并證明了I3C可以調(diào)節(jié)Wnt和Notch信號，說明其在調(diào)節(jié)正常細胞壽命和杯狀細胞分化中發(fā)揮重要作用。這項研究表明可以通過將腸類器官的生長情況與其中不同細胞的數(shù)量變化相聯(lián)系，并結(jié)合對不同信號通路的表達研究更加全面地說明活性成分對腸道的影響。原花青素（procyanidin）是低聚花青素的前體，具有較強的抗氧化作用。Zhang等[50]利用輻照損傷的腸道類器官培養(yǎng)系統(tǒng)分析原花青素B2對腸干細胞活性的影響，證明了原花青素B2具有修復(fù)輻照誘導(dǎo)損傷腸道再生的功能；Casanova等[51]利用腸道類器官研究葡萄籽原花青素提取物及其兩種單體（兒茶素、沒食子酸）對腸道細胞的分化及激素釋放的影響，結(jié)果表明，葡萄籽原花青素提取物能促進多種腸細胞類型分化，抑制細胞增殖，且能夠通過調(diào)節(jié)早期轉(zhuǎn)錄因子的基因表達增強L-細胞分化從而增加厭食激素、胰高血糖素樣肽-1和肽YY的產(chǎn)生。該研究結(jié)果對抑制食欲和改善血糖有重要作用，為肥胖人群和Ⅱ型糖尿病患者的干預(yù)治療提供一種潛在的策略。

相對其他營養(yǎng)素，利用腸類器官研究植物活性成分對腸道的影響及其機制的相關(guān)文獻更多，應(yīng)用范圍較廣，并與相關(guān)疾病的干預(yù)治療相聯(lián)系。由此可看出，腸類器官技術(shù)已較為廣泛應(yīng)用在研究植物活性成分的吸收、相關(guān)激素的調(diào)控等方面。

2.6.2 食品添加劑 為了改善食品的感官特性、加工特性和保藏特性，往往會在食品中添加一些人工合成或天然的物質(zhì)來達到目的，包括一些著色劑、防腐劑等。

孔秀楠[52]通過建立腸道體外類器官培養(yǎng)模型，并結(jié)合葡聚糖硫酸鈉（dextran sulphate sodium，DSS）炎癥損傷模型，研究不同來源的食用黃色素對腸類器官生長、細胞增殖分化及腸道炎癥反應(yīng)的影響與機制，結(jié)果表明姜黃素、葉黃素、羥基紅花黃A、檸檬黃和喹啉黃在低濃度條件下對腸類器官的生長無顯著影響；而日落黃會抑制腸道細胞增殖，影響腸道細胞分化，破壞腸道上皮穩(wěn)態(tài)，擾亂激素分泌，且長期大量食用日落黃可能會增加患腸道炎癥的風(fēng)險。Kong等[53]利用小腸類器官模型研究日落黃色素對小腸上皮細胞的影響進而對其進行毒理學(xué)評價。結(jié)果表明，日落黃作為一種食品色素會干擾小腸上皮的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，長期持續(xù)服用日落黃可能增加腸道炎癥的風(fēng)險。張麗穎[54]運用腸類器官發(fā)現(xiàn)山梨酸鉀和糖精鈉單獨毒性作用及兩者之間產(chǎn)生的協(xié)同毒性作用對誘導(dǎo)腸道細胞凋亡；除此之外，亞硫酸鈉和甜蜜素之間表現(xiàn)為拮抗毒性作用；證明了腸道類器官是一種用于評價食品添加劑毒性及其相互作用的理想模型。

目前腸類器官在食品添加劑方面的應(yīng)用還限于作為一種營養(yǎng)評價手段，僅用于研究添加劑對腸類器官的生長影響，往后的研究或許可以進一步探究其中的機制機理，也可進一步引入腸道微生物，或與對其他組織細胞的作用相聯(lián)系等，擴大其在該領(lǐng)域的應(yīng)用范圍、完善技術(shù)手段。

3 總結(jié)與展望

近年來，腸道類器官技術(shù)由于保留了原組織的結(jié)構(gòu)、細胞間的相互作用和分化能力，取得了重大進展。利用腸類器官技術(shù)或?qū)⑵渑c其他技術(shù)相結(jié)合研究不同營養(yǎng)素對腸道功能的影響，不僅可幫助人們規(guī)劃健康的飲食，也可以對一些疾病的預(yù)防、改善和治療提出建議，同時對新型功能性食品甚至藥物的研制、篩選有重要意義。

腸類器官培養(yǎng)技術(shù)在10年左右的時間得到了快速發(fā)展，但腸類器官目前在食品營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處在初期階段，如何將腸類器官更好地應(yīng)用于各類營養(yǎng)素的研究仍面臨著各方面的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。如來源于成體腸干細胞的腸類器官缺乏周圍的基質(zhì)細胞，無法完全構(gòu)建腸道微環(huán)境；ESCs的獲取涉及到倫理問題，存在一定爭議；不同來源和不同培養(yǎng)方法得到的PSCs之間也存在較大差異，且ESCs與PSCs在分化和致瘤潛能上也存在著根本的差異；大多數(shù)類器官懸浮在基質(zhì)凝膠中，在充滿生長因子的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，與2D細胞系培養(yǎng)相比，Matrigel基質(zhì)膠的存在會影響功能以及生化分析，并復(fù)雜化細胞的獲取和傳代，而圍繞類器官的富集生長因子可能損害組織的自然形態(tài)梯度；真實腸道環(huán)境中的重要組成部分腸道菌群在體內(nèi)也發(fā)揮著重要作用，如何將更加完整的腸道菌群與腸類器官共同進行長期培養(yǎng)仍需要技術(shù)上的不斷完善；目前大部分食品營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的研究學(xué)者只將腸類器官作為一種營養(yǎng)評價的技術(shù)手段，部分學(xué)者已開始利用其研究營養(yǎng)素吸收的機制機理，以及引入腸道微生物進行共培養(yǎng)，如何更加充分地利用腸類器官這一新興技術(shù)還需要研究者們不斷探索創(chuàng)新。

類器官技術(shù)還存在一定風(fēng)險和挑戰(zhàn)，但其在較短時間內(nèi)已得到了迅速的發(fā)展，相信在不久的將來，這一方法的真正潛力將會被不斷發(fā)掘出來，為人類的營養(yǎng)健康做出更大貢獻。