腸細胞對國際藥用輔料協會（IPEC）腸道健康研究的重要性

進行腸上皮細胞的分離培養是研究小腸功能、營養物質吸收機制及其調控的主要手段之一。本文綜述了國外已經建立的幾種特殊的腸上皮細胞系。

細胞培養物基本上分為兩種類型：（a）原代細胞培養和（b）連續細胞系。原代細胞直接分離自一個有限壽命的物體，而連續細胞系，也稱確立細胞系或無限增殖化細胞系，具有持久的增殖能力。

有幾種方法可實現細胞的無限增殖：腫瘤細胞和未分化的細胞具有天生的不死特性，而正常細胞可通過病毒添加外源基因實現永生（賦予腫瘤細胞的能力）。

連續細胞系可以形成科學團體指定的細胞系，并且是在最基礎水平上研究特定影響因子（如飼料添加劑、藥物、微生物）對特定類型的細胞（上皮細胞、淋巴細胞、成纖維細胞）作用的最常用且最有效的模型之一。

細胞可以用平板接種培養，并能在適當的溫度、混合氣體和生長媒介中維持生長。

IPEC-J2是一個從新生仔豬上分離而來的未轉化的上皮細胞系，新生仔豬目前仍被用作病原體，如沙門氏菌、大腸桿菌和其他菌毒，實驗性攻毒的模型（圖1）。

本文我們將介紹使用IPEC-J2細胞系作為這些攻毒條件（感染）下飼料原料和飼料添加劑的研究模型。

1 IECs是什么

腸上皮表面面積約100 m2。它由一個可以將腸道內腔與宿主組織的外部環境分隔開來的單層柱狀上皮腸細胞（Epithelial Intestinal Cells，IECs）組成。

IEC參與了消化系統的多種功能，如養分的吸收、水、電解質的交換和激素的產生。

由于其經常暴露在外部環境中，IEC對維持腸上皮細胞的完整性、降低外來因子入侵風險，形成物理屏障至關重要。IEC對維持腸道生理的穩定也是至關重要的。

由于上皮腸細胞具有能夠將腸道與外部環境中的微生物分隔開、進而可阻止微生物侵入動物組織中的兩種物理結構（微絨毛緊密連接），它有助于機體建立物理屏障功能。IEC還會分泌各種抗菌的多肽、細胞因子和能夠在病理或感染狀態下被激活進而能增強炎癥反應的趨化因子。

在感染期間中，當病原體破壞腸粘膜時，它會被Toll樣受體（Toll-Like Receptors，TLR）所識別。TLR在腸表面表達，在先天性免疫中扮演著關鍵性的作用，因為它們能激活免疫細胞的應答反應。

IEC內有能夠分析黏液的杯狀細胞。這種粘液含有能夠形成滲透屏障的粘蛋白，該屏障可保護并修復腸上皮細胞的任何損傷。粘蛋白還可以與細菌相互作用，并能夠通過腸道的蠕動免疫并消除它們。

2 腸細胞系

很多研究以源自患癌變的人結腸（如HT-29，T84，Caco-2細胞株）或十二指腸（如HuTu-80）的腸上皮細胞為研究對象。另外，一些研究以尚未癌變的家鼠小腸細胞系（例如IEC-6和IEC-18）為對象。

然而，老鼠的胃腸道結構和功能似乎與其他家養哺乳動物，如豬不同。

如今，有三種不同的豬腸上皮細胞系：

●IPI-21細胞分離自成年公豬的回腸組織，并與能夠使該細胞發生無限增殖的質粒一起轉化。

●IPEC-1細胞來自1日齡仔豬回腸和空腸組織的混合物。它是未轉化的細胞系。

●IPEC-J2細胞系來自1日齡仔豬空腸組織，也未轉化。

缺乏來自非腫瘤的腸細胞系和對豬腸細胞系的特異性，表明了IPEC-J2細胞系的重要性，進一步考慮后發現它可能相應地說明受到大量的微生物感染。最重要的是，因為研究表明，用IPEC-J2未完成的研究結果可以被豬的全動物研究所利用（圖2）。

3 IPEC會受到怎樣的影響

自2006年Shierack等完成特性鑒定后IPEC-J2越來越多地被利用。從那時起，不少于15篇文章介紹了各種細胞和免疫分子的表達，超過20余篇論文把它們當作微生物感染的腸上皮模型。

在鑒定之前，IPEC-J2細胞被用作豬增生性腸病（胞內勞森氏菌）感染的模型，因為該病能夠適應IPEC-J2細胞并利用它們進行增生，在衣原體感染上也觀察到了這種情況。

在Shierack等（2006）鑒定IPEC-J2細胞時，證明IPEC還支持不同種類的沙門氏菌入侵和大腸桿菌的粘附。

這些細菌能夠誘發炎癥和免疫應答反應（如細胞因子和Toll樣受體的表達）的能力，在以下利用IPEC-J2進行的研究中被反復證明。研究還表明，IPEC-J2單分子層的滲透性（用反式上皮電阻測定，英文名：Trans-Epithelial Electrical Resistance，TEER）會因腸毒素大腸桿菌（Enterotoxic Escherichia Coli，ETEC）的感染而降低（圖3）。

大腸桿菌、沙門氏菌和衣原體是養豬業中重要的病原體，也是采用調試截然不同感染策略的代表，這就是為何IPEC-J2細胞系是研究這些病原菌與豬腸上皮細胞相互作用的一個理想模型的最重要理由之一。

ETEC也通過IPEC-J2得到了徹底的研究，它們在細胞粘附上的作用由Johnson等（2009）闡明。粘附是關鍵的一步，因為ETEC粘附在腸黏膜上是其定植先決條件。

IPEC-J2細胞已越來越多地被用于研究潛在的益生菌微生物，重點是益生菌對IPEC-J2細胞的粘附性或益生菌阻止由特定病原體誘發的炎癥反應的能力。

這些益生菌中的一部分例子有腸球菌株、釀酒菌株或多種乳桿菌。這些研究的有效性仍停留在研究層面，使用測試益生菌進行的體內研究結果仍未發表。

最近發表的論文中，多種飼料原料（麥麩、酪蛋白糖巨肽、甘露寡糖、刺槐豆提取物和米曲霉發酵提取物）能夠阻止ETEC與IPEC-J2的粘附，并能干擾先天性炎癥反應。另一項研究表明，肌醇六磷酸可以減少嘔吐毒素對腸上皮細胞系的膜完整性的負面影響。在IPEC研究所用的各種飼料原料或添加劑中，我們將對那些與使用并影響腸上皮中鋅有關的飼料原料和添加劑給予特別的關注（圖4）。

4 鋅的添加量和來源

養豬行業廣泛地采用飼料中添加藥理水平的氧化鋅（ZnO，2 500 mg/kg ～3 000 mg/kg）來降低仔豬斷奶后的腹瀉發生率及其嚴重程度，特別降低由ETEC K88引發的腹瀉。

然而，其作用機理仍未能充分掌握。首個以人腸道細胞系Caco-2進行的體外研究證明，提高氧化鋅的濃度能夠降低ETEC K88對該細胞系的粘附和轉化。還發現，氧化鋅可防止由ETEC誘發的緊密連接滲透性增強和ETEC誘導表達的多種炎癥反應。

該項研究并沒有顯示氧化鋅的抗菌效果，并提出了飼喂氧化鋅的豬斷奶后腹瀉發病率下降的另一種機理。然而，如上所述，Caco-2細胞是一種人的腸道細胞系，而ETEC K88是一種豬源性病原體。最近的一些研究旨在探討氧化鋅添加量和來源對受到ETEC攻擊的IPEC-J2細胞的作用，研究更為理想的研究豬的模型。IPEC-J2細胞被用作在添加或不添加氧化鋅時腸道ETEC感染的體外模型。

基因組分析顯示了大量的先天性免疫應答反應基因的表達增加（如細胞因子基因），以應對ETEC的感染，但當細胞同時接觸氧化鋅時，先天性免疫應答反應基因的表達下降。

代謝效應表明，氧化鋅在低濃度時可使IPEC-J2細胞的形態發生變化，而在高濃度時能夠降低細胞的活力。當ETEC粘附于宿主細胞僅2 h后進行測定，結果添加氧化鋅沒有表現出任何效果（圖5）。

然而，當經過一個較長的時期進行測定時，氧化鋅以不會影響IPEC-J2形態的濃度添加時，會減弱ETEC粘附能力。這些結果表明，氧化鋅的劑量和來源會對IPEC-J2和病原體的代謝產生顯著的影響，當IPEC-2受到病原體的攻擊時還會減弱炎癥基因的表達。

5 結論

腸上皮細胞是動物抵抗外部環境病原體入侵的第一防線，對炎癥反應也起到重要的作用。

將上皮細胞系用作體外模型在未來將越來越多。

IPEC-J2細胞系可提供一個能夠研究飼料原料對特定病原體所引發炎癥反應影響的理想的特殊豬模型。

可以預測，今后IPEC-J2和其他細胞系的利用將增加。IPEC-J2可能是研究氧化鋅治療機理的一個理想模型?！酢?/p>

原題名：Importance of intestinal cells for gut health-IPEC studies（英文）

原作者：R. Davin（西班牙）