近年來(lái)，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced Pluripotent Stem Cells, iPSC）技術(shù)的發(fā)展為再生醫(yī)學(xué)和疾病模型研究提供了新的可能性。研究人員利用iPSC來(lái)源的類器官首在體外成功構(gòu)建了三維（3D）人體腸道組織模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)因子FGF-4和WNT-3a在促進(jìn)CDX2+后腸內(nèi)胚層特異性模式化以及三維球狀體形成中起關(guān)鍵作用。進(jìn)一步研究表明，F(xiàn)GF-4在腸道類器官培養(yǎng)中的主要作用可能是抑制hPSC向肝譜系分化。此外，短期和長(zhǎng)期暴露于FGF-4和CHIR 99021（一種Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活劑）的培養(yǎng)條件對(duì)類器官的發(fā)育方向有影響。本文綜述了相關(guān)研究進(jìn)展，探討了生長(zhǎng)因子在腸道類器官發(fā)育中的作用機(jī)制，并對(duì)未來(lái)研究方向提出了展望。腸道是人體重要的消化吸收器官，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能依賴于多種細(xì)胞類型和信號(hào)通路的協(xié)同作用。傳統(tǒng)的人體腸道研究方法存在諸多限制，例如動(dòng)物模型與人類生理差異較大，且難以模擬人類腸道的復(fù)雜微環(huán)境。近年來(lái)，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）技術(shù)的出現(xiàn)為構(gòu)建人體腸道模型提供了新的思路。iPSC具有多向分化潛能，能夠分化為多種細(xì)胞類型，包括腸道上皮細(xì)胞。利用iPSC來(lái)源的類器官構(gòu)建3D人體腸道組織模型，不僅能夠模擬人體腸道的結(jié)構(gòu)和功能，還為研究腸道發(fā)育、疾病機(jī)制以及藥物篩選提供了有力工具。

2. iPSC來(lái)源的3D腸道類器官模型構(gòu)建

2.1 iPSC技術(shù)簡(jiǎn)介

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）是通過(guò)將特定的轉(zhuǎn)錄因子（如Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）導(dǎo)入體細(xì)胞，使其重編程為具有多能性的干細(xì)胞。iPSC具有與胚胎干細(xì)胞（ESC）相似的特性，能夠分化為多種細(xì)胞類型，包括內(nèi)胚層、中胚層和外胚層來(lái)源的細(xì)胞。iPSC技術(shù)的出現(xiàn)為再生醫(yī)學(xué)和疾病模型研究帶來(lái)了革命性的變化，因?yàn)樗粌H避免了胚胎干細(xì)胞研究中的倫理問(wèn)題，還能夠利用患者自身的細(xì)胞進(jìn)行個(gè)性化治療。

2.2 3D腸道類器官模型的構(gòu)建

研究人員利用iPSC來(lái)源的類器官首在體外成功構(gòu)建了3D人體腸道組織模型。該模型通過(guò)模擬人體腸道的發(fā)育過(guò)程，誘導(dǎo)iPSC分化為后腸內(nèi)胚層細(xì)胞，并進(jìn)一步形成具有腸道特征的三維球狀體。這一過(guò)程涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟，包括細(xì)胞的增殖、分化和組織形成。研究人員發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)因子FGF-4和WNT-3a在這一過(guò)程中起關(guān)鍵作用，能夠促進(jìn)CDX2+后腸內(nèi)胚層的特異性模式化，并誘導(dǎo)三維球狀體的形成。

3. 生長(zhǎng)因子在腸道類器官發(fā)育中的作用

3.1 FGF-4的作用

2015年的一項(xiàng)研究指出，F(xiàn)GF-4在腸道類器官培養(yǎng)中的主要作用可能是抑制人類多能干細(xì)胞（hPSC）向肝譜系的分化。這一發(fā)現(xiàn)表明，F(xiàn)GF-4不僅在促進(jìn)腸道內(nèi)胚層細(xì)胞的增殖和分化中發(fā)揮作用，還通過(guò)抑制其他譜系的分化，確保細(xì)胞向腸道方向發(fā)育。FGF-4通過(guò)激活FGF受體，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路，從而影響細(xì)胞的命運(yùn)決定。

3.2 WNT-3a的作用

WNT-3a是Wnt信號(hào)通路的重要配體之一，通過(guò)激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞的增殖和分化。在腸道類器官的發(fā)育過(guò)程中，WNT-3a與FGF-4協(xié)同作用，誘導(dǎo)后腸內(nèi)胚層細(xì)胞的特異性模式化。研究表明，WNT-3a能夠維持腸道類器官的干細(xì)胞特性，促進(jìn)其長(zhǎng)期增殖。

3.3 CHIR 99021的作用

CHIR 99021是一種小分子化合物，能夠激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路。2017年和2018年的兩項(xiàng)研究指出，短期暴露于FGF-4和CHIR 99021的培養(yǎng)條件下，類器官更傾向于形成十二指腸類器官。這表明CHIR 99021通過(guò)激活Wnt信號(hào)通路，能夠引導(dǎo)類器官向特定的腸道區(qū)域發(fā)育。長(zhǎng)期暴露于FGF-4和CHIR 99021則引導(dǎo)類器官向回腸組織的基因表達(dá)模式發(fā)展。

3.4 不同培養(yǎng)條件對(duì)類器官發(fā)育的影響

研究表明，短期和長(zhǎng)期暴露于FGF-4和CHIR 99021的培養(yǎng)條件對(duì)類器官的發(fā)育方向有影響。短期暴露條件下，類器官傾向于形成十二指腸類器官，這可能與十二指腸在胚胎發(fā)育早期的快速分化有關(guān)。而長(zhǎng)期暴露條件下，類器官則向回腸組織的基因表達(dá)模式發(fā)展，這可能與回腸在胚胎發(fā)育后期的成熟過(guò)程有關(guān)。值得注意的是，當(dāng)完全缺乏CHIR 99021和FGF-4的添加時(shí)，體外實(shí)驗(yàn)中未能觀察到后腸球狀體的形成。這一結(jié)果表明，F(xiàn)GF-4和CHIR 99021在腸道類器官的形成和發(fā)育中不可或缺。

4. 研究意義與應(yīng)用前景

4.1 疾病模型構(gòu)建

利用iPSC來(lái)源的3D腸道類器官模型能夠模擬人體腸道的結(jié)構(gòu)和功能，為研究腸道疾病提供了有力工具。例如，通過(guò)構(gòu)建特定基因突變的iPSC來(lái)源的類器官模型，可以深入研究遺傳性腸道疾?。ㄈ缒倚岳w維化）的發(fā)病機(jī)制。此外，該模型還可用于研究腸道炎癥性疾?。ㄈ缈肆_恩病和潰瘍性結(jié)腸炎）的病理生理過(guò)程，為開(kāi)發(fā)新的治療方法提供理論依據(jù)。

4.2 藥物篩選與毒性測(cè)試

3D腸道類器官模型為藥物篩選和毒性測(cè)試提供了一個(gè)高度生理相關(guān)的平臺(tái)。與傳統(tǒng)的二維細(xì)胞培養(yǎng)模型相比，該模型能夠更準(zhǔn)確地模擬人體腸道的微環(huán)境，從而更真實(shí)地反映藥物的吸收、代謝和毒性。利用該模型進(jìn)行高通量藥物篩選，可以快速評(píng)估藥物的療效和安全性，降低藥物研發(fā)成本，提高研發(fā)效率。

4.3 再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用

iPSC來(lái)源的3D腸道類器官模型為再生醫(yī)學(xué)提供了新的思路。通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)類器官向特定的腸道區(qū)域發(fā)育，有望開(kāi)發(fā)出用于腸道修復(fù)和再生的細(xì)胞治療方法。例如，在腸道損傷或疾病導(dǎo)致的腸道功能障礙時(shí)，利用該模型培養(yǎng)的腸道類器官可以移植到患者體內(nèi)，恢復(fù)腸道的正常功能。

5. 研究展望

盡管利用iPSC來(lái)源的類器官構(gòu)建3D人體腸道模型已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。例如，目前的類器官模型在結(jié)構(gòu)和功能上仍與人體腸道存在差異，如何進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)條件，使其更接近人體腸道的生理狀態(tài)是一個(gè)重要的研究方向。此外，如何提高類器官的存活率和功能穩(wěn)定性，以及如何實(shí)現(xiàn)類器官的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，也是未來(lái)研究需要解決的問(wèn)題。未來(lái)的研究可以結(jié)合基因編輯技術(shù)、生物材料和生物工程等多學(xué)科手段，進(jìn)一步完善iPSC來(lái)源的3D腸道類器官模型，為其在疾病研究和再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用提供更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6. 結(jié)論

研究人員利用iPSC來(lái)源的類器官首在體外成功構(gòu)建了3D人體腸道組織模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)因子FGF-4和WNT-3a在促進(jìn)CDX2+后腸內(nèi)胚層特異性模式化以及三維球狀體形成中起關(guān)鍵作用。FGF-4在腸道類器官培養(yǎng)中的主要作用可能是抑制hPSC向肝譜系分化。短期和長(zhǎng)期暴露于FGF-4和CHIR 99021的培養(yǎng)條件對(duì)類器官的發(fā)育方向有影響。該研究不僅為理解腸道發(fā)育機(jī)制提供了新的視角，還為疾病模型構(gòu)建、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了有力工具。未來(lái)的研究將進(jìn)一步優(yōu)化類器官模型，探索其在臨床中的應(yīng)用潛力。