开发基于Caco-2的肠道黏膜模型以研究肠道屏障特性及细菌-黏液相互作用

肠道黏膜屏障是一个动态系统，可摄取营养、促进健康的微生物-宿主相互作用并防止病原体入侵。黏膜由通过细胞连接的上皮细胞组成，其上覆盖的黏液层在宿主-微生物组相互作用中起重要作用。在体外实验中模拟肠道黏膜，特别是生成黏液层，一直具有挑战性。肠道细胞系Caco-2因其极化、形成顶端刷状缘以及在不同培养系统中可重复生长为融合细胞层的能力而被学术和工业实验室广泛使用。然而，在正常培养条件下，Caco-2培养物缺乏黏液层。在此，我们首次证明，当Caco-2细胞在气液界面（ALI）条件下，在Transwell插入物上培养，并在基底外侧室添加血管活性肠肽（VIP）时，可以形成牢固的黏液层。我们证明，独特的基因簇对ALI和VIP单一刺激有反应，但ALI-VIP联合处理导致多种黏蛋白基因和蛋白（包括分泌型MUC2和跨膜黏蛋白MUC13和MUC17）显著上调。在ALI-VIP条件下，紧密连接蛋白的表达发生显著改变，导致对小分子的渗透性增加。共生植物乳杆菌与Caco-2黏液层密切结合，并在ALI培养物表面差异定植。致病性肠炎沙门氏菌能够侵入黏液层和刷状缘之外。总之，Caco-2 ALI-VIP培养物提供了一种简便直接的方法来培养具有改进仿生特征的体外肠道黏膜模型。这种新型体外肠道模型有助于研究黏液和上皮屏障功能，以及对致病性和共生微生物-黏液相互作用进行深入的分子表征。