《npj Gut and Liver》：Human colonic organoid monolayers reveal biological sex and psychological state influence epithelial responses to Campylobacter jejuni infection
编辑推荐：
为探究宿主因素如何影响感染后肠易激综合征(PI-IBS)的发生机制，研究人员利用来自高/低焦虑抑郁(AD)水平志愿者的结肠类器官单层，研究了空肠弯曲菌(C. jejuni)的感染过程。研究发现，高AD组类器官细菌附着更显著，且屏障功能受损更严重，并伴随CXCL10/CXCL11、黏蛋白(MUC2等)及宿主蛋白酶(PRSS1等)的上调。该研究表明，宿主生物性别和心理状态是影响上皮对病原体反应的关键变量，为理解PI-IBS的个体化发病机制提供了新视角。
想象一下，一次看似普通的细菌性肠胃炎，却可能成为长期挥之不去的“梦魇”——反复发作的腹痛、腹胀和排便习惯改变，这便是感染后肠易激综合征(PI-IBS)。其中，空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)是导致细菌性感染性腹泻的头号元凶，约有20%的确诊感染者会最终发展为PI-IBS。研究表明，女性、严重的急性感染以及焦虑、抑郁等心理状态是PI-IBS发病的重要风险因素。然而，传统的永生化细胞系模型在模拟复杂的人体上皮和反映宿主个体差异方面存在局限，这导致我们对于宿主自身特性（如生物性别和心理状态）如何影响感染进程并最终导向PI-IBS的分子机制知之甚少。为了解决这一难题，并更真实地模拟人体内的感染场景，研究人员将目光投向了人源结肠类器官这一前沿技术。
为了探究生物性别与心理状态如何影响上皮细胞对空肠弯曲菌感染的反应，研究人员开展了一项创新性研究。他们从20名健康志愿者（包括高、低焦虑抑郁水平的男性和女性）体内获取结肠活检组织，成功培养出结肠类器官，并将其制备成单层细胞模型。研究使用了已知的IBS相关空肠弯曲菌临床分离株进行感染实验。通过一系列精密的实验，包括细菌附着与内化测定、跨上皮电阻(TER)实时监测屏障功能、免疫荧光染色观察紧密连接蛋白、蛋白质印迹(Western blot)定量蛋白表达、转录组学(RNA-seq)测序分析基因表达变化、酶联免疫吸附试验(ELISA)检测细胞因子分泌以及基因集富集分析(GSEA)，系统评估了不同宿主背景下的上皮反应差异。该研究成果已发表在《npj Gut and Liver》期刊上。
研究结果：
志愿者队列特征：研究共招募20名志愿者，通过医院焦虑抑郁量表(HADS)评分将其分为低焦虑抑郁(低AD)组和高焦虑抑郁(高AD)组，确保了在年龄和体重指数(BMI)可比的前提下，两组在心理评分上存在显著差异。
空肠弯曲菌对人结肠类器官单层的附着受生物性别和心理状态影响：所有测试的空肠弯曲菌菌株均能成功感染人结肠类器官单层，验证了该模型的适用性。研究发现，高AD组来源的类器官单层比低AD组表现出更强的细菌附着。特别值得注意的是，在高AD组内部，男性来源的类器官单层比女性显示出显著更强的细菌附着。然而，在细菌内化（入侵细胞内部）方面，不同性别和AD组之间未观察到显著差异。
空肠弯曲菌破坏人结肠类器官单层的上皮屏障功能：未感染的类器官单层能维持稳定的屏障功能。感染空肠弯曲菌后，所有组别的屏障功能均遭到破坏，表现为跨上皮电阻(TER)下降。其中，高AD组感染后的TER下降幅度（屏障损伤）比低AD组更为显著。免疫荧光染色显示，感染导致紧密连接蛋白occludin和ZO-1的特征性蜂窝状结构被破坏，变得弥散无序。蛋白质印迹分析进一步证实，感染后occludin的蛋白表达量显著降低。
心理状态与空肠弯曲菌感染后的差异分子反应相关：转录组学分析发现，感染6小时后，高AD与低AD组类器官之间存在266个差异表达基因。高AD组类器官上调了趋化因子（如CXCL10和CXCL11）、黏蛋白（MUC2, MUC5AC, MUC6）以及宿主蛋白酶（PRSS3P1, PRSS1）的表达。GSEA分析预测，高AD组在感染早期富集了干扰素(IFN)信号、抗原加工和炎症反应等相关通路。至感染24小时，两组的差异基因和富集通路发生变化，低AD组显示出更多与细胞粘附、屏障完整性相关的基因和通路富集。
基于焦虑抑郁水平和生物性别的差异分析：
- •
心理状态差异：在男性中，高AD与低AD组在感染后6小时和24小时均存在大量差异表达基因，高AD男性持续高表达蛋白酶。在女性中，高AD组在感染后24小时高表达CCL5和CXCL11，ELISA检测在细胞上清液中证实了这一点。
- •
生物性别差异：在低AD背景下，感染24小时后，男性和女性类器官的转录谱存在大量差异，女性类器官富集了抗菌肽合成等通路。在高AD背景下，感染后男性和女性的差异表达基因涉及不同的黏蛋白和趋化因子谱，例如女性高表达MUC5AC和MUC6。
结论与讨论：
本研究首次利用人源结肠类器官单层模型，系统地揭示了宿主生物性别和心理状态是调控上皮细胞对空肠弯曲菌感染反应的关键因素。主要结论包括：1）高焦虑抑郁状态（高AD）的个体来源的上皮细胞对空肠弯曲菌的附着更敏感；2）高AD状态的上皮在感染后遭受更严重的屏障功能破坏；3）在分子层面，高AD上皮表现出独特的反应模式，包括特定趋化因子（CXCL10/11）、黏蛋白（如MUC2）和宿主蛋白酶（如PRSS1）的上调，这些分子已知与细菌毒力激活、炎症加剧和屏障损伤有关。
研究意义重大。它突破了传统细胞系模型的局限，利用更贴近人体生物学特性的类器官，首次在感染模型中直接纳入了心理状态这一关键宿主变量进行机制探索。结果证实，那些在流行病学中被认定为PI-IBS风险因素（如焦虑、抑郁）的个体，其上皮细胞在感染初期就展现出更易感、损伤更重且分子应答失调的倾向，这为理解PI-IBS的个体化发病机制提供了直接的实验证据和分子线索。例如，MUC2的上调可能解释了高AD组细菌附着增加的现象，而宿主蛋白酶的上调则与已知的PI-IBS患者肠道屏障功能障碍机制相吻合。此外，研究还发现不同性别在高AD状态下的分子应答存在差异（如男性高表达CXCL10，女性高表达CCL5），强调了在疾病研究中同时考虑性别和心理因素的重要性。
尽管类器官模型仍无法完全模拟体内复杂的微环境（如缺氧条件、微生物群和免疫系统），但本研究有力地论证了在感染生物学和疾病建模中考虑宿主人口学特征的必要性。它指明了未来研究的方向：整合更复杂的多细胞共培养系统，并进一步阐明已识别的差异分子（如特定黏蛋白、蛋白酶）在PI-IBS发展中的因果作用。这项工作最终将促进对宿主-病原体相互作用的深入理解，推动针对高危个体的个性化预防和治疗策略的开发。
