腸道吸收細胞模型研究進展及其在類胡蘿卜素上的應用

吳 帆，陳 楠，吳雨卿，倪元穎，溫 馨

（中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083）

食物中的膳食營養成分對于維持人體健康至關重要。在維持溫飽的條件下，世界上仍有數百萬人營養不良，且越來越多的研究表明，70%以上的慢性死亡與膳食營養成分密切相關[1]。保證人體攝入足夠膳食化合物的基礎上，如何高效發揮其功能活性至關重要。為了保證膳食化合物在人體內發揮作用，其必須在消化過程中從食物基質中釋放出來，被人體腸道上皮細胞吸收且被分配到靶組織利用，而在吸收利用過程中，膳食化合物會受到食物基質、加工方法以及膳食成分等因素影響，導致吸收利用程度發生變化，從而造成功能活性發揮效果的不同。因此，探究膳食化合物等食物成分在人體內吸收利用過程的影響因素，提高吸收利用程度，對于實現膳食化合物功能活性的高效發揮具有重要意義。

膳食成分在人體的吸收利用程度常用生物可及性和生物利用度這兩個指標進行評估：生物可及性是指膳食化合物等經過口腔、胃腸道消化，可被小腸細胞吸收的部分；生物利用度是指吸收的物質中可參與體循環，用于正常生理功能或在人體中存儲的比例[2]。生物可及性和生物利用度可采用動物實驗或人體實驗進行探究，但其存在倫理、成本高、實驗周期長等問題，導致適用性差。體外腸道吸收細胞模型是基于人體內胃腸道結構功能和生理環境，體外研究膳食化合物等食物成分在人體內吸收利用度的技術手段。利用體外模擬胃腸消化模型聯合細胞吸收模型能夠更加方便、快速、高效地模擬人體對食物的消化和吸收[3]，從而獲得不同類型和來源的膳食化合物的生物可及性和生物利用度。目前，體外胃腸消化模型通過設置恒定的膳食與口腔、胃和小腸消化液的比例，真實還原體內消化環境，已實現標準化[4-5]，且經過進一步修正已成功應用于膳食化合物的體外消化[6-7]。同時，腸道細胞吸收模型正在迅速發展且廣泛應用，已實現單層細胞模型到共培養細胞模型、2D模型到3D模型、靜態細胞吸收模型到動態細胞吸收模型的發展，成為研究膳食化合物等食物成分的有力工具，但目前仍沒有能夠較好地模擬人體腸道細胞結構和生理環境的標準化腸道細胞吸收模型。

因此，本文綜述人體腸道細胞結構和功能，總結現有的體外腸道細胞吸收模型研究進展，同時以類胡蘿卜素為代表，探討體外腸道細胞吸收模型在模擬人體類胡蘿卜素腸道吸收上的應用，并對利用體外腸道細胞吸收模型研究膳食化合物吸收轉運的發展方向進行展望，以期為利用體外腸道細胞吸收模型研究人體膳食化合物的吸收利用提供借鑒。

1 人體腸道細胞結構和功能

腸道是人體吸收營養物質的關鍵部位，明確不同腸道細胞的結構和功能對于研究營養物質在人體的生物利用度以及模擬構建體外細胞吸收模型極其重要。在人體腸道中，腸黏膜上皮組織作為一道“吸收性屏障”能夠實現腸道的主要功能，其主要由選擇性吸收營養物質的腸上皮細胞、分泌黏蛋白的杯狀細胞、呈遞抗原的微褶皺細胞和分泌溶菌酶的潘氏細胞等構成[8-10]（圖1）。其中腸上皮細胞間連接方式主要包括緊密連接、黏附連接、橋粒連接和縫隙連接4 種[11]，而緊密連接是最重要的連接方式，通過封閉細胞間隙，形成了連續的質膜融合帶，可防止細胞間隙中的物質或外部物質進入細胞間隙時溢出[12-13]。此外，根據空間位置的不同，腸黏膜分為頂端膜（又稱腸腔側膜）和基底側膜[14]，二者已成為物質經腸黏膜上皮細胞吸收利用的基本途徑。腸黏膜上皮組織表面存在一些微小的凸起絨毛，絨毛的存在大大增加了腸道內壁的表面積，從而實現對食物營養物質的最大吸收。腸絨毛下凹進入固有層形成腸腺，腸腺開口即為隱窩，隱窩處存在大量的腸干細胞[15]，這些干細胞通過“不對稱分裂”的方式沿著隱窩縱軸向上遷移至頂部絨毛上層[8]，影響腸道上皮細胞的更新換代。

圖1 人體腸道細胞結構[16]Fig.1 Structure of human intestinal cells[16]

2 體外腸道吸收細胞模型研究進展

為全面模擬人體腸道細胞吸收環境，近年來體外腸道吸收細胞模型逐漸完善，主要分為單細胞培養模型、共培養模型、3D模型以及微流體模型4 類。

2.1 單細胞培養模型

目前用于營養功能物質腸道吸收研究的細胞主要是Caco-2細胞，其來源于人結腸癌細胞，具有結構簡單、適用性廣且成本較低等優點[17]，且能夠表達腸道內大多數細胞的形態和生理功能，可作為腸道吸收細胞模型優化的基礎細胞。Caco-2細胞模型的建立如圖2所示，將Caco-2細胞培養在Transwell上腔室，培養期間細胞生長聚合，自發分化，細胞頂部（腸腔側）逐漸形成具有微絨毛的刷狀緣，細胞之間形成緊密連接，并可以表達多種轉運蛋白和代謝酶類，最終形成一層極化的吸收性腸細胞層[18]。該細胞模型應用廣泛，常與體外消化模型結合，用于模擬營養功能物質在人體內的消化吸收過程，在食品和醫藥等方面具有重要研究作用。

圖2 Caco-2細胞模型示意圖[17]Fig.2 Schematic diagram of Caco-2 cell model[17]

Caco-2單細胞模型雖然是目前應用最廣泛的腸道吸收細胞模型，但其也存在一些問題。該細胞模型是靜態細胞模型，無法模擬腸道細胞動態變化過程，缺乏黏液層，且無法在刷狀緣微絨毛的表面高效表達所有腸道細胞轉運蛋白，難以高度模擬人體腸道細胞的生理條件和結構功能。因此，為更好地模擬人體腸道吸收過程，需要在Caco-2單細胞模型的基礎上結合現代科技儀器和理論知識進一步建立更貼近真實腸道細胞的體外細胞模型以滿足不同研究需求。

2.2 共培養模型

人體腸道細胞是由不同種類、不同功能的細胞類群組成的，其吸收功能需要多細胞協作實現，因此，將不同特性的單細胞模型利用細胞共培養技術構建更貼近實際的體外腸道細胞模型就顯得尤為必要。腸道細胞共培養模型主要是以Caco-2細胞模型為基礎，結合其他細胞形成更成熟的體外腸道細胞模型，目前應用較多的主要包括Caco-2/HT29-MTX細胞共培養模型和Caco-2/靶細胞共培養模型兩大類。

2.2.1 Caco-2/HT29-MTX細胞共培養模型

通過改變培養條件，可以使HT29細胞以不同路徑分化，形成具有不同功能的腸道細胞[19]。其中，HT29-MTX細胞是由HT29細胞定向分化而來的杯狀細胞，其可以分泌黏液，從而更加真實地模擬腸道細胞黏液層吸收屏障功能[20]。利用Caco-2細胞模型提供緊密細胞結構，保障細胞屏障功能，同時利用HT29-MTX細胞分泌黏液生成黏液層，進一步鞏固細胞屏障功能，構建Caco-2/HT29-MTX細胞共培養模型，能夠更好地模擬人體腸道細胞的結構功能和生理條件。Caco-2/HT29-MTX共培養細胞模型主要用于模擬人體腸道細胞對營養功能物質的吸收及對細胞屏障功能影響的研究，但在模型建立過程中，由于兩種細胞生長速度不一致，且不同的細胞比例會產生不同的實驗結果，因此需要根據實際情況調整兩種細胞比例及定向培養HT29-MTX細胞的條件。現有研究表明，Caco-2細胞與HT29-MTX細胞個數比為9∶1時[21-22]，共培養模型最接近人體腸道細胞。Caco-2/HT29-MTX細胞模型如圖3所示。

圖3 Caco-2/HT29-MTX細胞模型示意圖[23]Fig.3 Schematic diagram of Caco-2/HT29-MTX cell model[23]

2.2.2 Caco-2/靶細胞共培養模型

Caco-2細胞可與人體內可分泌內源性介質的肝細胞和免疫細胞等結合，構建分層共培養模型，以研究功能活性物質經吸收后的功效表達效果。如圖4所示，將生長在Transwell上腔室內的Caco-2單細胞層與基底層中的靶細胞間隔培養，模擬人體吸收物質后發揮功能活性的作用機制，該模型主要應用于腸道細胞免疫機理以及毒理學方面研究，但目前鮮見其在膳食化合物吸收研究中的應用。

圖4 Caco-2/靶細胞模型（A）及分層共培養示意圖（B）[23]Fig.4 Schematic diagram of Caco-2/target cell model (A) and layered co-culture (B)[23]

共培養細胞模型可以在一定程度上彌補單細胞模型的缺陷，進一步真實模擬人體腸道細胞功能，但其在模型構建時需考慮不同種類細胞特性，其培養條件嚴格、過程繁瑣、不確定因素較多，且單細胞和共培養模型中的細胞間作用僅限于水平面，無法重現腸道細胞立體作用；因此，需更深入研究方便快速且能夠重現腸道細胞環境的體外細胞模型。此外，腸道細胞中黏液層的面積及黏液中黏蛋白濃度等會對膳食化合物的吸收利用產生影響，但體外細胞模型中黏液層對膳食化合物吸收利用的影響目前研究較少，其影響機制需進一步研究。

2.3 3D模型

隨著現代科學技術的進步，干細胞、類器官研究興起，為進一步模擬人體腸道細胞的真實狀態，研究者們在單細胞、共培養等2D細胞模型的基礎上利用干細胞、類器官等誘導分化構建3D模型[24]，以期實現體外模擬人體腸道吸收和轉運等多種功能。

干細胞處于腸道細胞隱窩部分，能夠自發分化組織成隱窩絨毛結構，具有自更新和自組織能力，同時可誘導分化形成多種腸道細胞，實現腸道細胞功能活性。Sato等[25]報道了腸隱窩細胞的分離和自更新能力，當其被包埋在凝膠水膠體內，在含生長分化因子的混合物培養基或與分泌這些因子的細胞共培養時，會形成一個封閉的球型單層，從而可以模擬腸道的隱窩絨毛細胞連續體。但包埋在基質凝膠水膠體中的3D隱窩絨毛細胞結構不能提供絨毛刷狀邊緣的物質吸收通道，造成膳食化合物等物質吸收利用時的區域特異性[26]。

腸道類器官是基于誘導分化多種干細胞構建，根據細胞來源不同可分為胚胎干細胞和隱窩腸干細胞分化的兩種腸道類器官。由于干細胞材料稀缺且成本較高，再加上類器官封閉似的環狀結構，增大了操作難度，因此其目前用于膳食化合物的吸收利用研究較少，主要應用于菌群檢測及臨床醫學等方面研究。

如圖5所示，在2D模型細胞間水平作用的基礎上，腸道細胞3D模型能夠模擬腸道細胞-細胞以及細胞-細胞外基質的相互作用，進一步重現腸道細胞功能。同時，由于人體腸道細胞經常接觸信號刺激分子和不同濃度的營養物質，3D模型中細胞培養位于干細胞聚集體或類器官的中心[24]，細胞很難暴露并接觸培養基中濃度均勻的信號分子和營養物質，因此，可以更好地模擬腸道微環境。但是3D模型屬于封閉式結構，在研究膳食化合物吸收利用方面存在取樣困難、條件嚴格、材料稀缺等問題，同時構建3D模型需考慮食品基質（黏度、形狀等）的影響，因此需根據特定實驗需求構建具體的3D模型。

圖5 腸道細胞3D模型示意圖[23]Fig.5 Schematic diagram of 3D model of intestinal cells[23]

2.4 微流體模型

體外細胞模型的發展趨向于真實模擬人體腸道細胞環境，一些細胞功能的問題逐漸得到解決，而細胞模型的非生理性缺陷仍存在，需進一步研究動態細胞模型從而更加真實地模擬腸道物理環境。如圖6所示，微流體模型的構建是基于流體持續流動的腔室，將細胞培養在腔室上，流體持續流動帶動細胞有節奏地伸展[27]，模擬腸道細胞的伸縮性和剪切力，構建微流體細胞模型。微流體模型中細胞分化速度快，形成緊密的細胞屏障，且與體內腸細胞具有更相似的垂直高度[27]，更接近人體腸道細胞結構。

圖6 腸道細胞微流體模型示意圖[23]Fig.6 Schematic diagram of microfluidic model of intestinal cells[23]

器官芯片是微流體模型中的一種細胞培養裝置，能夠幾乎重現人體腸道細胞的功能和環境。目前，有研究報道了基于聚二甲基硅氧烷設計和制造的腸道微流控芯片可實時、持續地監測腸道細胞內物質含量[28]。Bein等[29]研發了基于Caco-2細胞和其他上皮細胞構建的腸道芯片，利用腸腔側和基底側流體壓力的變化使模擬腸道組織循環機械運動以模擬腸道蠕動，能刺激體外細胞模型形成腸道絨毛結構，可以在保證黏液分泌的同時增加腸道細胞功能的表達。為更好地構建腸道類器官的隱窩與絨毛結構，Shin等[30]結合干細胞分化而來的類器官構建了腸道類器官-微流控芯片模型。Tsamandouras等[31]通過將單層分化、共培養的Caco-2和HT29-MTX細胞構建在由初代肝細胞和Kupffer細胞組成的肝芯片上，建立了腸-肝模型微流體系統。Chen等[32]結合原代腸細胞培養物的腸芯片和含有共培養HepG2細胞和Kupffer細胞的肝芯片構建了腸-肝芯片微流體系統。目前，在器官芯片持續發展過程中，已有研究構建了腸-肝-皮膚-腎四器官芯片模型[33]，這使得體外完全重建腸道細胞已成為可能，對于進一步探究腸道細胞吸收機制具有重要意義。

2.5 腸道細胞模型的驗證

腸道細胞模型的成功建立，是保證開展腸道細胞吸收機制研究的基礎，因此，需要對細胞的生長狀態、完整性和分化特征進行檢測，具體檢測指標如表1所示。細胞在培養過程中，可通過光學顯微鏡直接觀察細胞生長形態，利用噻唑藍法測定細胞生長曲線，觀察細胞生長動態過程。測定細胞層的跨膜電阻（transendothelial electrical resistance，TEER）是驗證細胞單層膜完整性最為簡單易行的方法[34]。隨著培養時間的延長，腸道細胞緊密連接逐漸成熟，TEER與細胞連接的緊密程度密切相關，TEER越大，細胞緊密程度越高，故可通過運用跨膜電阻儀檢測細胞模型的TEER，從而檢測細胞單層膜的致密程度。當TEER恒定時，表明細胞緊密連接達到一定程度，通過檢測熒光黃的跨膜通透性進一步檢測細胞單層膜的完整性。檢測細胞培養過程中的分化特征有兩種辦法：1）測定細胞膜兩側和細胞內部的堿性磷酸酶活性的動態變化[24]；2）直接用電子顯微鏡觀察腸道細胞形態，可通過將多孔膜從培養室取下，固定多孔膜上的細胞，經包埋切片后使用電子顯微鏡觀察細胞是否出現極化、細胞間的緊密連接、橋粒和刷狀邊緣是否形成，從而判斷細胞分化程度[35]。綜合考慮細胞模型全部檢測指標可判定細胞模型是否建立成功。

表1 構建模型的檢測指標[34-35]Table 1 Indicators for construction of detection models[34-35]

3 腸道吸收細胞模型在類胡蘿卜素上的應用

3.1 類胡蘿卜素的結構和功能

類胡蘿卜素是自然界中除葉綠素外最豐富的天然色素，是呈黃色、橙色或紅色的四萜類物質，均具有聚異戊二烯結構[36]。類胡蘿卜素種類豐富，共750余種，廣泛存在于動物、植物、微生物以及藻類中。根據官能團可以分為烴類和含氧類胡蘿卜素兩大類，其中常見的類胡蘿卜素有6 種，其結構、營養功能及主要食物來源如表2所示。

表2 常見類胡蘿卜素的結構、營養功能及主要食物來源Table 2 Structures,nutritional functions and major food sources of common carotenoids

類胡蘿卜素在自然界中具有不可替代的作用。對于植物來說，類胡蘿卜素作為色素成分之一，既可以在光合作用中起到輔助色素的作用[36]，又可以在評價植物外觀及營養品質上起到關鍵作用。對于動物來講，類胡蘿卜素在其生長發育與健康方面起著重要的作用，具有作為維生素A原、抗氧化、免疫調節、預防心血管疾病等生理活性功能[36-38,42-43]，是一類對視覺和神經系統等具有重要營養價值和功能活性的物質。但由于類胡蘿卜素具有特殊的聚異戊二烯結構，脂溶性強、不溶于水[49]，且其高度不飽和結構使其極不穩定，對光、熱、金屬離子等敏感[50]，同時在消化吸收過程中易受到食物基質、存在形式、宿主因素等影響[51]，因此類胡蘿卜素生物利用度較低。在目前發現的750多種類胡蘿卜素中，人類正常飲食中已經發現的有50多種，但其中只有10余種能夠在人體中檢測到，且吸收利用度較低，有人體實驗結果表明，β-胡蘿卜素的生物利用度為4%～14%，而番茄紅素的生物利用度僅為0.1%～1.5%[52]。因此，研究影響類胡蘿卜素吸收利用度的內源性和外源性因素，以提出合理建議從而提高其吸收利用度極為重要。

3.2 類胡蘿卜素的腸道吸收轉運機制

腸上皮細胞作為腸道吸收轉運物質的關鍵部位，主要分為細胞旁途徑轉運和跨細胞膜途徑轉運兩種轉運方式，其中跨細胞膜途徑轉運又分為被動擴散、轉胞吞作用和主動擴散[53]。類胡蘿卜素的腸道吸收如圖7所示，類胡蘿卜素在被人體吸收利用時，通常在經過口腔和胃的消化作用后分散溶解在脂質乳液中進入腸道，在腸道內經過胰液和膽汁的雙重消化，脂質被水解，類胡蘿卜素與膽固醇、脂質消化物以及膽鹽等形成混合膠束，膠束可通過黏蛋白層擴散到排列于腸腔邊界的吸收性上皮細胞表面[51]。膠束到達上皮細胞表面后，其中的脂肪酸在微酸性環境下質子化，從膠束中脫離，膠束解離后，類胡蘿卜素釋放[54]，并通過特定的轉運機制進入腸道細胞內部，進一步發揮其生理功能。

圖7 類胡蘿卜素的腸道吸收Fig.7 Intestinal absorption of carotenoids

過去研究者認為類胡蘿卜素的腸道吸收轉運機制為簡單的被動擴散[44,55]。Tyczkowski等[56]通過研究蛋雞小腸細胞對游離葉黃素的吸收，發現在腸道細胞中存在游離態、單酯、二酯3 種形式的葉黃素，且轉運過程中均以未結合的形式存在，沿濃度梯度被動吸收，為被動擴散轉運機制。陳波等[57]利用犢牛和仔雞的離體小腸細胞進行β-胡蘿卜素和葉黃素的體外吸收實驗，研究類胡蘿卜素濃度、游離脂肪酸和吐溫20對其吸收的影響，結果發現兩種類胡蘿卜素的吸收均呈濃度依賴性，為典型的被動擴散模型。但通過進一步研究發現，類胡蘿卜素的吸收在個體間存在一定差異，在細胞水平存在順反異構體的選擇性[18]，以及與其他物質具有一定的相互作用，轉運機制不是簡單的被動擴散，還需要載體蛋白介導的主動運輸[54,57]。陳葉等[58]通過Caco-2細胞模型測定膠束化對葉黃素腸道細胞攝取、表觀滲透系數和細胞內吞的影響，結果表明膠束化處理顯著提高了葉黃素的生物利用度，且其在腸道細胞中的跨膜吸收途徑以被動擴散為主，兼具網格蛋白介導和小窩/脂筏蛋白介導的主動運輸。Borel等[59]采用Caco-2細胞模型研究發現脂肪酸轉運酶白細胞分化抗原（cluster of differentiation 36，CD36）參與VA前體物質α-胡蘿卜素和β-隱黃素的攝取。

不同類胡蘿卜素轉運機制不盡相同，大多以被動擴散為基礎，同時存在特定轉運蛋白主動擴散的轉運機制，目前鑒定的轉運蛋白主要以脂質膜轉運蛋白為主。目前已報道的類胡蘿卜素的轉運方式總結如表3所示。類胡蘿卜素的吸收轉運機制與其結合載體存在一定的關聯，通過不同轉運機制吸收時其生物利用度可能存在一定的差異，因此，需要進一步考慮不同轉運方式及轉運速率對類胡蘿卜素的“高吸收利用”或“低吸收利用”表型的影響，從而制定合理的飲食建議優化類胡蘿卜素在人體的消化吸收，最大化其對人體的健康益處。

3.3 腸道吸收細胞模型在類胡蘿卜素上的應用

目前已應用于類胡蘿卜素腸道吸收研究的體外細胞模型主要包括Caco-2單層細胞模型和Caco-2/HT29-MTX共培養細胞模型兩種，相關研究如表3所示。

表3 體外腸道吸收細胞模型在類胡蘿卜素上的應用總結Table 3 Summary of recent studies on transport mechanism of carotenoids in in vitro intestinal cell models

3.3.1 Caco-2單層細胞模型在類胡蘿卜素上的應用

Caco-2單層細胞模型是研究類胡蘿卜素吸收應用最廣泛的體外細胞模型。Chitchumroonchokcai等[61]通過建立Caco-2體外細胞模型研究玉米黃素酯的酶解對腸道細胞攝取玉米黃素的影響，結果表明玉米黃素酯經羧基酯脂肪酶水解后產生游離態玉米黃素會促進其膠束化，從而提高其生物利用度，此外，在玉米黃素酯和游離態玉米黃素同時存在時，細胞會優先攝取游離態玉米黃素。Murador等[73]利用Caco-2單層細胞模型對比常規提取和離子液提取兩種方法對桔皮中類胡蘿卜素和葉綠素生物利用度的影響時發現，Caco-2單層細胞對離子液提取物中類胡蘿卜素和葉綠素的攝取量（243.8～234.2 ng/mg細胞蛋白）是常規方法提取物中（130.2～131.6 ng/mg細胞蛋白）的近兩倍。Zhong Siqiong等[20]利用Caco-2細胞模型研究了新型食品加工技術PEF和OH對番茄汁、超高壓處理和PEF對羽衣甘藍汁中類胡蘿卜素的生物可及性和細胞吸收的影響，結果表明，對于番茄汁，PEF處理使番茄汁中番茄紅素的生物可及性提高了50%，但β-胡蘿卜素的生物可及性降低了44%，PEF和OH兩種處理均促進了細胞對葉黃素的吸收，而對于羽衣甘藍汁，PEF處理會降低果汁中的β-胡蘿卜素和葉黃素含量，超高壓處理對于果汁中類胡蘿卜素和顏色保護效果最佳，但二者均未影響其生物可及性和細胞吸收。

3.3.2 Caco-2/HT29-MTX共培養細胞模型在類胡蘿卜素上的應用

Caco-2/HT29-MTX共培養細胞模型基于Caco-2單細胞模型進一步真實還原人體腸道結構和生理條件，已應用于類胡蘿卜素等膳食化合物吸收利用的體外研究。Kaulmann等[71]分別采用Caco-2單細胞模型和Caco-2/HT29-MTX共培養細胞模型體外模擬研究腸道細胞對采用不同加工方式的李科和十字花科果蔬中類胡蘿卜素和多酚物質的吸收，其結果表明蒸煮對多酚物質生物利用度有影響，但對類胡蘿卜素無影響，且通過對比Caco-2單細胞和Caco-2/HT29-MTX共培養細胞對類胡蘿卜素的吸收率，發現腸道細胞的黏液層對類胡蘿卜素的吸收利用有一定的積極影響。Gasa-Falcon等[72]利用Caco-2單細胞和Caco-2/HT29-MTX共培養細胞兩種模型探究卵磷脂或酪蛋白酸鈉包埋兩種β-胡蘿卜素納米乳液在腸道屏障上的生物活性和生物利用度，結果發現，對于酪蛋白酸鈉包埋納米乳液，β-胡蘿卜素經Caco-2單細胞吸收的生物利用度約是Caco-2/HT29-MTX共培養細胞吸收的1.8 倍；對于卵磷脂穩定的納米乳液，β-胡蘿卜素經Caco-2單細胞吸收的生物利用度約是Caco-2/HT29-MTX共培養細胞吸收的3.3 倍，結果表明，Caco-2/HT29-MTX共培養細胞分泌的黏液層在一定程度上會影響類胡蘿卜素的吸收。上述兩項研究所得到的結論截然不同，因此，未來需要更多的研究探索兩種細胞模型對不同食品中類胡蘿卜素吸收利用的影響，以明確黏液層對類胡蘿卜素吸收的影響及機制。

4 結語

膳食成分在維持人體生理功能、健康生長方面至關重要，但在腸道細胞中的吸收、轉運受到諸多因素影響，人體能夠吸收利用的比例少之又少。因此，通過構建體外細胞模型闡明人體腸道細胞對膳食化合物的吸收利用機制具有重要意義。Caco-2單細胞模型是研究人體膳食化合物吸收利用的最廣泛使用的細胞模型，其結構簡單，存在絨毛結構，細胞間連接緊密，可較好地模擬人體腸道細胞吸收和屏障保護功能，但其無法分泌黏液，且無法模擬腸道細胞動態吸收過程，需進一步改進以更好地模擬人體腸道環境。Caco-2/HT29-MTX細胞共培養模型在Caco-2單細胞的優勢基礎上結合HT29-MTX單細胞優勢，既形成了絨毛結構，細胞緊密連接，又可以分泌黏液，形成黏液層，能夠進一步真實模擬腸道細胞吸收功能和生理環境，但兩種細胞培養條件及比例需嚴格控制。Caco-2/靶細胞共培養模型是基于人體吸收基礎上，進一步研究物質吸收后到達靶細胞發揮功效的作用機制，但目前應用于膳食化合物的研究較少，主要用于藥物毒理研究。隨著分析方法和儀器的進步以及研究的深入，體外腸道細胞模型逐漸成熟，通過3D模型可以在模擬腸道細胞功能活性的同時模擬細胞-細胞水平間作用以及細胞-細胞外基質的垂直作用，而通過微流體裝置可以動態再現人體腸道環境。但需要強調的是，無論是2D、3D靜態模型，還是微流體、器官芯片等動態裝置，都不是復制人體腸道細胞或器官，而是模擬腸道細胞或器官的結構、功能和環境，不涉及倫理問題。

作為一種廣泛存在的膳食營養成分，類胡蘿卜素在維持人體生理功能和預防疾病等方面至關重要。目前應用于類胡蘿卜素吸收研究的體外腸道細胞模型較少，主要有Caco-2單細胞模型和Caco-2/HT29-MTX細胞共培養模型兩種。研究人體對類胡蘿卜素等膳食化合物的吸收利用時，需要根據食物基質、膳食化合物結構特性以及模型特點等方面綜合考慮體外腸道吸收細胞模型的適用性，而目前用于類胡蘿卜素等膳食化合物腸道吸收研究的體外模型仍存在一定局限性。未來如果在體外腸道細胞模型的改進和完善上能實現絨毛和黏液層等腸道結構功能的模擬、轉運蛋白和酶類等活性分子的高效表達以及腸道細胞蠕動等生理環境的再現等，將會促進更多關于人體對膳食化合物吸收利用機制的新見解產生，從而為通過膳食改善人體營養健康提供更高效的解決方案。