腸道類器官：評價(jià)肉與肉制品中食源性致病菌感染的新工具

摘 要：肉及肉制品是人類膳食結(jié)構(gòu)中必不可少的組成部分，因其含有豐富的營養(yǎng)成分，易被食源性致病菌污染，進(jìn)而對人體健康造成極大的傷害。因此，預(yù)防和控制肉及肉制品中食源性致病菌感染對食品安全具有重要意義。為深入了解整個(gè)感染過程中食源性致病菌和上皮細(xì)胞之間的關(guān)系，建立研究食源性致病菌的有效腸道評價(jià)模型是控制食源性危害的前提。基于此，本文對肉及肉制品中常見的食源性致病菌感染情況進(jìn)行總結(jié)，并對目前食源性致病菌感染的體內(nèi)外模型進(jìn)行討論。其中，腸道類器官作為評價(jià)食源性致病菌感染機(jī)制的新模型，在致病機(jī)制、細(xì)胞和組織趨向性方面具有較大應(yīng)用潛力。因此，本文重點(diǎn)闡述腸道類器官模型在食源性致病菌感染機(jī)制方面的研究現(xiàn)狀，并在現(xiàn)有腸道類器官模型特點(diǎn)和問題的基礎(chǔ)上對腸道類器官的發(fā)展方向提出展望。

關(guān)鍵詞：肉及肉制品；食源性致病菌；評價(jià)模型；腸道類器官

Intestinal Organoids： A New Tool for Infection Assessment of Foodborne Pathogens from Meat and Meat Products

WANG Xu1， LIU Huanchen2， WANG Liming1， WANG Huixin1， WANG Yixiang1， WANG Yi3，*， ZHANG Yan1，*

（1. Hebei Food Safety Key Laboratory， Key Laboratory of Special Food Supervision Technology for State Market Regulation，

Hebei Engineering Research Center for Special Food Safety and Health， Hebei Food Inspection and Research Institute，

Shijiazhuang 050227， China; 2. National Center of Standards Evaluation， State Administration for Market Regulation，

Beijing 100026; China; 3. Key Laboratory for Industrial Biocatalysis， Ministry of Education，

Department of Chemical Engineering， Tsinghua University， Beijing 100084， China）

Abstract： Meat and meat products are an essential part of the human diet. Being nutritious， they are easily contaminated by foodborne pathogens， which causes serious damage to human health. Therefore， the prevention and control of foodborne pathogen contamination in meat and meat products is of great importance for food safety. In order to deeply understand the relationship between foodborne pathogens and epithelial cells in the whole infection process， it is a prerequisite to establish an effective intestinal evaluation model. Accordingly， this paper summarizes the infection status of common foodborne pathogens in meat and meat products， and discusses the in vivo and in vitro models currently used to assess the infection of foodborne pathogens. Among them， intestinal organoids， a new model to evaluate the infection mechanism of foodborne pathogens， have great potential in the research of the pathogenic mechanism， cell and tissue tropism. Therefore， this paper focuses on the current status of the application of intestinal organoid models in research on the infection mechanism of foodborne pathogens， and discusses the characteristics and problems of the current intestinal organoid models as well as future development directions.

Keywords： meat and meat products; foodborne pathogens; evaluation model; intestinal organoids

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240123-032

中圖分類號(hào)：TS201.3 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2024）01-0075-07

引文格式：

王旭， 劉奐辰， 王麗明， 等. 腸道類器官：評價(jià)肉與肉制品中食源性致病菌感染的新工具[J]. 肉類研究， 2024， 38（1）：

75-81. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240123-032. " "http：//www.rlyj.net.cn

WANG Xu， LIU Huanchen， WANG Liming， et al. Intestinal organoids： a new tool for infection assessment of foodborne pathogens from meat and meat products[J]. Meat Research， 2024， 38（1）： 75-81. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240123-032. " "http：//www.rlyj.net.cn

我國是全球最大的畜禽肉生產(chǎn)和消費(fèi)大國。2022年，

我國畜禽肉消費(fèi)總量達(dá)9 732萬 t，人均占有量68.93 kg。肉類食品含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)、必需氨基酸和微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，為人體提供充足的熱量[1]。然而，這些營養(yǎng)成分的存在極易導(dǎo)致肉及肉制品被食源性致病菌污染，引發(fā)人體食源性疾病。目前食源性疾病對國際公共衛(wèi)生和安全構(gòu)成威脅。2021年的歐盟報(bào)告稱，彎曲桿菌造成的食源性疾病的確診病例為127 840 例，由沙門氏菌（Salmonella）、志賀氏菌（Shigella）、小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌（Yersinia enterocolitica）和李斯特氏菌（Listeriosis）造成的病例分別為60 050、6 789、6 084、2 183 例[2]。雞肉（肉雞）易被彎曲桿菌和沙門氏菌污染。一項(xiàng)研究表明，美國679 例食源性疾病被診斷與食用受污染的雞肉有關(guān)[3]。另一項(xiàng)研究報(bào)告稱，2017—2018年，單核細(xì)胞增生李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）感染造成南非1 060 人患病，216 人死亡，而這一事件的發(fā)生與南非最大的食品公司之一的加工肉制品消費(fèi)有關(guān)[4]。此外，加拿大一家肉類加工廠生產(chǎn)的牛肉制品被報(bào)道是引發(fā)2012年大腸桿菌O157：H7感染暴發(fā)的主要原因[5]。在我國，肉及肉制品引發(fā)的食源性疾病約占25%[6]。因此，由肉及肉制品中食源性致病菌引發(fā)的食源性疾病是亟需解決的公共衛(wèi)生問題。

據(jù)報(bào)道，空腸彎曲桿菌（Campylobacter jejuni）[7]、小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌[8]、單核細(xì)胞增生李斯特氏菌[9]、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）[10]、沙門氏菌[11]和志賀氏菌[12]等是肉及肉制品中常見的食源性致病菌。食用被食源性致病菌污染的肉品后，大部分人群主要表現(xiàn)為胃腸癥狀，但對于特殊人群會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病、敗血癥等，甚至死亡[13]。因此，為更好地預(yù)防和控制肉及肉制品中食源性致病菌的感染，首先需要明確整個(gè)感染過程中致病菌和腸道上皮細(xì)胞之間的關(guān)系，這對于建立預(yù)防和治療方案至關(guān)重要。近年來，應(yīng)用體外人源細(xì)胞或人體組織構(gòu)建的腸道模型在研究食源性致病菌方面取得了一定進(jìn)展。鑒于此，本文在綜述肉及肉制品典型食源性致病菌污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，討論基于體內(nèi)外模型的食源性致病菌感染方面的研究進(jìn)展，并著重介紹腸道類器官作為新的模型體系對研究食源性致病菌的應(yīng)用潛力，分析其存在的主要問題，為研究食源性致病菌的感染機(jī)制及建立完善的評價(jià)模型提供理論支撐，從而為進(jìn)一步預(yù)防和控制肉及肉制品中食源性致病菌提供參考。

1 肉及肉制品中常見的食源性致病菌

1.1 空腸彎曲桿菌

空腸彎曲桿菌廣泛存在于鳥、豬、牛、雞、狗等多種動(dòng)物腸道內(nèi)，是一種微需氧的革蘭氏陰性菌，也是引起人類腹瀉的主要食源性致病菌之一。一項(xiàng)研究報(bào)道，在空腸彎曲桿菌感染中，約80%病例是由于食用了污染空腸彎曲桿菌的肉雞[14]?？漳c彎曲桿菌感染后臨床表現(xiàn)為急性水樣或血樣腹瀉及腹部絞痛，并伴有嘔吐、發(fā)熱、脫水等癥狀，研究顯示，500～800 CFU劑量的空腸彎曲桿菌可以引起人體出現(xiàn)臨床癥狀[15]。這是因?yàn)榭漳c彎曲桿菌通過被污染的食物進(jìn)入宿主體內(nèi)后迅速在小腸定植，然后通過鞭毛運(yùn)動(dòng)黏附并侵入腸道上皮細(xì)胞，產(chǎn)生并釋放多種毒素引發(fā)病變[16]。然而，由于空腸彎曲桿菌的致病基因多種多樣且發(fā)揮的作用也不同，因此，需要進(jìn)一步借助腸道模型研究該菌感染機(jī)制。

1.2 小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌

小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌是一種能夠在低溫環(huán)境生長的無莢膜革蘭氏陰性菌，廣泛分布于動(dòng)物宿主（尤其是羊和豬）[17]。由于小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌具有嗜冷特性，使其成為肉及肉制品和速凍食品中最主要的致病菌之一。據(jù)報(bào)道，肉制品中小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌的污染率為2.1%～27.4%，而在生肉制品中陽性檢出率超過30%[8，18]。小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌感染機(jī)體后，不僅能夠引起胃腸道癥狀，還會(huì)引起結(jié)節(jié)性紅斑、耶爾森肝炎，甚至可引發(fā)敗血癥，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致死亡。由于該菌是一種腸侵入型致病菌，首先入侵腸上皮，然后經(jīng)過Peyer’s淋巴結(jié)，進(jìn)入吞噬細(xì)胞，并能夠在其中存活并進(jìn)行轉(zhuǎn)移[19]。

有研究報(bào)道稱，鐵的供應(yīng)和外源性含鐵細(xì)胞也可促進(jìn)腸道外小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌感染的發(fā)展[20]。

1.3 單核細(xì)胞增生李斯特氏菌

單核細(xì)胞增生李斯特氏菌是一種革蘭氏陽性菌，廣泛存在于自然環(huán)境中，能夠引發(fā)嚴(yán)重的食物中毒。該菌具有耐酸堿、耐高鹽等特性，在4 ℃條件下仍可生長繁殖，是低溫食品威脅人類健康的主要致病菌之一。我國近年來的食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測結(jié)果表明，該菌在生肉中污染率較高[9]。在重慶市肉及肉制品的食源性致病菌污染監(jiān)測報(bào)告中，單核細(xì)胞增生李斯特氏菌在生禽肉、生畜肉、調(diào)理肉制品及熟肉制品中檢出率分別為16%、10%、4%和3%[21]。機(jī)體一旦感染單核細(xì)胞增生李斯特氏菌后，會(huì)引發(fā)胃腸炎、腦膜炎、敗血癥、流產(chǎn)等，甚至死亡，平均致死率約30%，已超過肉毒梭狀芽孢桿菌（Clostridium botulinum）和沙門氏菌[22]。其感染機(jī)制也是通過入侵腸道上皮細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間擴(kuò)散，進(jìn)而進(jìn)入血液，由血液傳送給其他敏感的機(jī)體細(xì)胞，其感染主要包括4 個(gè)階段：內(nèi)化、逃避胞液、肌動(dòng)纖維聚集和細(xì)胞傳播[20]。

1.4 金黃色葡萄球菌

金黃色葡萄球菌是兼性厭氧的革蘭氏陽性球菌，具有耐高溫、耐低溫、耐高鹽等特性，是一種常見的食源性致病菌。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由金黃色葡萄球菌引起的食源性疾病占12.6%，是第三大食源性致病菌[23]。金黃色葡萄球菌感染機(jī)體后會(huì)產(chǎn)生葡萄球菌性腸毒素、溶血素、殺白細(xì)胞毒素等，使機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的臨床癥狀，如惡心、嘔吐、腹瀉、慢性阻塞性肺疾病、肺炎、化膿性中耳炎、偽膜性腸炎、心包炎等疾病，甚至出現(xiàn)敗血癥、膿

毒癥[24]。由于金黃色葡萄球菌在低溫冷凍條件下部分菌株會(huì)呈現(xiàn)亞致死狀態(tài)，導(dǎo)致各類冷凍食品存在被該菌污染的風(fēng)險(xiǎn)。一項(xiàng)研究表明，在市售生鮮肉樣品中金黃色葡萄球菌的檢出率為37.84%[10]。從菏澤市牡丹區(qū)采集的120 份冷凍生豬產(chǎn)品中該菌的檢出率為21.7%，純?nèi)忸愔袡z出率為30%，高于排骨類（15%）和內(nèi)臟類（20%）[25]。

1.5 沙門氏菌

沙門氏菌是一種帶鞭毛的革蘭氏陰性、不形成孢子的兼性厭氧菌，由沙門氏菌引起的衛(wèi)生安全問題引發(fā)許多國家的關(guān)注。每年我國約3億 人因沙門氏菌患病，約占食源性疾病的70%～80%[26]。家禽、肉類產(chǎn)品和蛋是沙門氏菌病的主要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國肉類食品沙門氏菌檢出率為1.1%～39.5%，在英國和美國肉制品中檢出率分別為9.9%和20%～25%[11]。食用沙門氏菌污染的食物后，臨床表現(xiàn)主要有惡心、嘔吐、腹脹腹瀉、發(fā)熱、不適、敗血癥等，其感染機(jī)制主要是沙門氏菌通過侵入腸道上皮細(xì)胞，之后到達(dá)腸壁固有層的淋巴結(jié)群，進(jìn)而被巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞吞噬并在其中大量繁殖，導(dǎo)致大量病原菌進(jìn)入血液循環(huán)和淋巴循環(huán)，在肝臟及脾臟中定植，引發(fā)全身系統(tǒng)性感染[27-28]。

1.6 志賀氏菌

志賀氏菌是一類具有傳染性的革蘭氏陰性菌，分為痢疾志賀氏菌、福氏志賀氏菌、鮑氏志賀氏菌和宋內(nèi)志賀氏菌，也是引發(fā)細(xì)菌性痢疾的食源性致病菌[29]。據(jù)報(bào)道，全球64%的細(xì)菌性腹瀉疾病是由志賀氏菌感染所致，每年約有1.6億 人感染，死亡人數(shù)高達(dá)110萬[30]。在食品生產(chǎn)、加工等多個(gè)環(huán)節(jié)均易受到志賀氏菌污染。感染人體后，志賀氏菌會(huì)迅速入侵結(jié)腸黏膜，通過滲透、復(fù)制快速擴(kuò)散到黏膜上皮細(xì)胞之間，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而破環(huán)結(jié)腸上皮細(xì)胞，導(dǎo)致結(jié)腸黏膜炎癥和潰瘍，其臨床表現(xiàn)主要為腹痛、腹瀉、局部膿血便、神志障礙和休克等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可致死亡[31]。

綜上，為更好地預(yù)防和控制肉中微生物食源性中毒，需要改進(jìn)對食源性致病菌感染的監(jiān)測手段，通過建立有效的評價(jià)模型解析致病菌毒力因子的作用機(jī)制，預(yù)測食源性致病菌感染人體的潛力，以期為肉及肉制品中食源性致病菌檢測技術(shù)的完善提供參考。

2 食源性致病菌感染的評價(jià)模型

食物被食源性致病菌污染，經(jīng)食用后進(jìn)入人體需要突破腸道屏障。針對食源性致病菌感染，體內(nèi)動(dòng)物模型是主要的評價(jià)模型。然而，使用動(dòng)物模型仍存在一定的局限性，如研究結(jié)果不完全適用于人體、倫理、成本昂貴等?；隗w外腸道模型可以研究食源性致病菌的毒性，通過評估感染細(xì)胞的菌株數(shù)量，分析菌株的感染進(jìn)程和毒性強(qiáng)弱以及毒性因子的作用機(jī)制，闡明食源性致病菌影響人體健康的危害程度。

2.1 體內(nèi)動(dòng)物模型

基于人體腸道內(nèi)部的復(fù)雜性和腸道菌群多樣性，體內(nèi)動(dòng)物模型在研究食源性致病菌的致病機(jī)制、防治食源性致病菌的策略及評估治療方案的有效性方面具有一定的優(yōu)勢。目前，已成功建立由沙門氏菌誘導(dǎo)腸道損傷的BALB/c小鼠模型[32]、產(chǎn)腸毒素大腸桿菌誘導(dǎo)腸道感染C57BL/6小鼠模型[33]、志賀毒素[34]和金黃色葡萄球菌[35]誘導(dǎo)的非人類靈長類動(dòng)物模型。嚙齒類動(dòng)物成本低、易飼養(yǎng)，成為致病菌感染模型的首選；但是，由于某些致病菌對普通嚙齒類動(dòng)物的敏感度不高，需要對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行改造。例如，利用基因敲除技術(shù)構(gòu)建空腸彎曲桿菌感染IL-10―/―小鼠模型，發(fā)現(xiàn)空腸彎曲桿菌在該免疫缺陷小鼠體內(nèi)的定植率很高，具有高致病性，易導(dǎo)致血性炎性腹瀉[36]。此外，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)在小鼠腸細(xì)胞中表達(dá)人腸道上皮細(xì)胞鈣黏蛋白，成功建立單核細(xì)胞增生李斯特氏菌感染模型，這種手段能夠彌補(bǔ)單核細(xì)胞增生李斯特氏菌經(jīng)口感染建立模型的不足[37]。由此可見，經(jīng)過基因改造后的嚙齒類動(dòng)物可以更好地模擬食源性致病菌感染。雖然嚙齒類動(dòng)物為探索食源性致病菌感染機(jī)制提供了研究模型，但由于食源性致病菌種類較多，不能針對每一種致病菌進(jìn)行嚙齒類動(dòng)物基因改造。除此之外，由動(dòng)物實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果不能完全用于人體，并且“3R”原則（減少、替代、優(yōu)化）倡導(dǎo)減少實(shí)驗(yàn)中使用的動(dòng)物數(shù)量，因此，未來應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)能夠替代動(dòng)物模型的食源性致病菌感染模型。

2.2 細(xì)胞模型

相較于動(dòng)物模型，細(xì)胞模型能夠簡化復(fù)雜的生物系統(tǒng)，并且大規(guī)模培養(yǎng)。因此，細(xì)菌與上皮細(xì)胞相互作用的細(xì)胞培養(yǎng)模型已成為替代動(dòng)物模型的首選方案。人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞（Caco-2）、人結(jié)腸癌細(xì)胞（HT29）及人結(jié)腸腺癌細(xì)胞（SW480）等人類腸上皮癌細(xì)胞系是建立致病菌感染最常用的細(xì)胞系。早前的一項(xiàng)研究利用Caco-2細(xì)胞模型確證副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）毒素引起生物腹瀉的作用機(jī)制[38]。研究發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞增生李斯特氏菌對SW480細(xì)胞的入侵具有高度選擇性，該細(xì)胞系成為研究單核細(xì)胞增生李斯特氏菌感染機(jī)制的有效模型[39]。然而，從結(jié)構(gòu)上講，單層細(xì)胞不能解釋3D結(jié)構(gòu)和腸上皮的復(fù)雜細(xì)胞群。鑒于這些缺點(diǎn)，多細(xì)胞共培養(yǎng)3D模型被用于反映人體腸道的生理學(xué)。例如，與單獨(dú)的HT29細(xì)胞（不產(chǎn)生黏液）相比，其與人組織細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞U937構(gòu)建的3D共培養(yǎng)感染模型能抑制沙門氏菌的黏附、侵襲及存活，該結(jié)果更接近人體內(nèi)巨噬細(xì)胞保護(hù)宿主免受腸道病原體侵害的事實(shí)[40]。目前，由于3D培養(yǎng)技術(shù)較為復(fù)雜且無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在研究食源性致病菌方面處于起步階段，在解析致病菌毒性機(jī)制方面仍需更多的驗(yàn)證和評估。除此之外，這些構(gòu)建腸道模型的細(xì)胞大都源自腫瘤，與人體原代腸道上皮細(xì)胞存在顯著差異，不能表征實(shí)際的宿主細(xì)胞特征。因此，3D細(xì)胞模型作為研究食源性致病菌感染的優(yōu)越性仍需進(jìn)一步證實(shí)。

2.3 腸道類器官

為模擬體內(nèi)腸道結(jié)構(gòu)和生理特性，食源性疾病模型需要分化的隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)。腸道類器官利用從腸道組織中分離的多能干細(xì)胞或從腸隱窩分離的成體干細(xì)胞，通過3D培養(yǎng)技術(shù)生成的具有中空腔、花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)，包含隱窩和絨毛（圖1）。

2009年，Sato等[41]利用小鼠Lgr5＋干細(xì)胞培養(yǎng)出隱窩-絨毛類器官。傳統(tǒng)的細(xì)胞模型和類器官模型的比較見表1。

與體外細(xì)胞模型相比，腸道類器官由于其高度的細(xì)胞類型多樣性和與具有類似腸道組織的形態(tài)學(xué)，被廣泛應(yīng)用于疾病建模、藥物研發(fā)和疾病發(fā)生機(jī)制的研究。隨著腸道類器官的發(fā)展，其食源性致病菌感染機(jī)制研究取得了一些進(jìn)展。例如，Geiser等[42]建立了具有高度時(shí)間和空間分辨率的腸道類器官感染模型，發(fā)現(xiàn)鞭毛運(yùn)動(dòng)和III型分泌系統(tǒng)1（type III secretion system 1，TTSS-1）促進(jìn)鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）靶向腸上皮內(nèi)隔室并突破上皮屏障，通過追蹤感染，確定TTSS-1驅(qū)動(dòng)的腸上皮細(xì)胞侵襲周期、上皮細(xì)胞內(nèi)復(fù)制及感染的上皮細(xì)胞排出再現(xiàn)是鼠傷寒沙門氏菌管腔定植的關(guān)鍵機(jī)制。相較于基因缺陷的小鼠腸隱窩培養(yǎng)的類器官，正常類器官可通過分泌α-防御素抑制類器官腔內(nèi)沙門氏菌的生長[43]。此外，利用人源干細(xì)胞培養(yǎng)的腸道類器官已成功建立了腸出血性大腸埃希氏菌感染模型[44]和志賀氏菌感染模型[45]。

3 腸道類器官在食源性致病菌感染機(jī)制方面的應(yīng)用

腸道類器官具有類似天然腸上皮細(xì)胞的遺傳特征，能夠模擬人體內(nèi)細(xì)胞的狀態(tài)，再現(xiàn)病原菌與腸道細(xì)胞間的相互作用和生物過程。Karve等[46]發(fā)現(xiàn)，添加中性粒細(xì)胞的腸道類器官可以模擬產(chǎn)志賀毒素大腸桿菌O157：H7感染腸道和先天細(xì)胞反應(yīng)，結(jié)果表明，大腸桿菌O157：H7感染能夠增加活性氧的產(chǎn)生，上調(diào)炎癥反應(yīng)，如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-8。此外，Koestler等[45]發(fā)現(xiàn)，福氏志賀氏菌優(yōu)先通過基地外側(cè)表面侵入極化的腸道類器官單層，形成肌動(dòng)蛋白尾，并且福氏志賀氏菌能夠增加腸道類器官促炎信號(hào)和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SLC7A5的表達(dá)，證明由于腸道類器官緊密連接的破壞導(dǎo)致福氏志賀氏菌入侵頂端表面，闡明了志賀氏菌的發(fā)病機(jī)制。已有研究證明了一些致病菌使腸道類器官中組織結(jié)構(gòu)完整性喪失。例如，沙門氏菌[47]、腸出血性大腸桿菌[44，46]或志賀氏菌[45]感染的類器官呈現(xiàn)出明顯的腸道組織損傷，并發(fā)現(xiàn)其細(xì)胞內(nèi)也攜帶了這些病原體。

食源性致病菌感染腸道的部位和能力不同。例如，在腸出血性大腸桿菌感染的腸類器官模型中，結(jié)腸和空腸環(huán)境的類器官頂端表面附著的細(xì)菌數(shù)量存在差異，該菌優(yōu)先定植在產(chǎn)生黏液的結(jié)腸類器官[44]。志賀氏菌與腸出血性大腸桿菌不同，可以從十二指腸、回腸和結(jié)腸侵入腸道[45]。此外，腸道類器官允許被基因編輯，利用基因編輯技術(shù)如CRISPR/Cas9有助于將其轉(zhuǎn)化為多功能培養(yǎng)系統(tǒng)，進(jìn)而評估它們對宿主的感染機(jī)制[48-49]。

鑒于腸道類器官的特征類似于天然腸上皮細(xì)胞的遺傳特征，因此也可以用于研究食源性致病菌感染后宿主的免疫反應(yīng)。Crowley等[50]利用Caspase-1/11缺陷型（Casp1/11―/―）腸類器官模型驗(yàn)證了炎癥半胱天冬酶（Caspase-1和Caspase-11）的激活可以促進(jìn)炎癥小體將感染/受損的腸上皮細(xì)胞從上皮層排到腸腔中，并且發(fā)現(xiàn)在感染早期Caspase-1對腸上皮細(xì)胞有保護(hù)作用，隨著感染的進(jìn)一步發(fā)展，宿主炎癥反應(yīng)上調(diào)腸上皮細(xì)胞中Caspase-11的表達(dá)，這2 種酶的共同作用形成了多層先天防御，從而控制細(xì)胞內(nèi)沙門氏菌負(fù)荷，保護(hù)宿主免受病原體的攻擊。此外，有研究學(xué)者還將對腸道穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要的其他細(xì)胞類型與腸道類器官共同培養(yǎng)，用于研究食源性感染后宿主免疫反應(yīng)。Noel等[51]構(gòu)建用于研究上皮細(xì)胞-巨噬細(xì)胞相互作用和對腸道病原體先天免疫反應(yīng)的巨噬細(xì)胞-腸道共培養(yǎng)模型，發(fā)現(xiàn)頂端大腸桿菌感染提高了巨噬細(xì)胞的黏附性；與無巨噬細(xì)胞的腸道類器官相比，該模型中產(chǎn)腸毒素大腸桿菌的菌落形成單位數(shù)明顯較低，并抑制促炎細(xì)胞因子，如IL-8、IL-6和干擾素-γ的分泌。綜上，將基因工程和免疫細(xì)胞引入腸道類器官模型中可以進(jìn)一步了解食源性致病菌影響腸道屏障功能和感染機(jī)制，以及明確宿主腸道的防御機(jī)制。因此，腸道類器官正逐漸成為研究食源性病原菌毒性機(jī)制的新工具。

腸道類器官可以模擬腸道復(fù)雜的多細(xì)胞環(huán)境，利用腸道類器官模型可以很好地了解食源性致病菌與高度特化的上皮細(xì)胞（即產(chǎn)生黏液的細(xì)胞、Paneth細(xì)胞和M細(xì)胞）的相互作用。盡管腸道類器官已展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，但其還存在一些不足，見表2。特別是，目前培養(yǎng)出的腸類器官，其上皮細(xì)胞頂端被封閉在管腔內(nèi)，造成腸道其他類型細(xì)胞和微生物引入受到限制。盡管可以通過顯微注射方法[52]將其引入，但這是一項(xiàng)繁瑣的技術(shù)，并且該方法可能會(huì)受到腔內(nèi)積聚的細(xì)胞物質(zhì)的干擾。2012年，

腸器官芯片的開發(fā)似乎可以解決這一問題。在芯片上通過將其他多種細(xì)胞與腸上皮細(xì)胞共培養(yǎng)成類似腸組織結(jié)構(gòu)，并通過微流控技術(shù)和微工程技術(shù)對腸器官芯片結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化改造，從而最大程度地還原腸道真實(shí)結(jié)構(gòu)，更好地反映病理生理變化。例如，利用腸器官芯片構(gòu)建志賀氏菌感染模型，發(fā)現(xiàn)志賀氏菌通過利用微結(jié)構(gòu)和機(jī)械力有效地侵入腸道，從而影響腸道微環(huán)境[53]。

Tovaglieri等[54]將出血性大腸桿菌引入人腸類器官和腸微血管內(nèi)皮細(xì)胞搭建的腸器官芯片后，發(fā)現(xiàn)微生物代謝產(chǎn)物能夠增加該菌的易感性。此外，利用腸道芯片結(jié)合腸道微生物構(gòu)建的腸侵襲性大腸埃希氏菌感染模型得出與臨床表現(xiàn)相似的結(jié)論，即益生菌能夠抑制大腸埃希氏菌的過度生長并減輕由該菌引發(fā)的破壞性損傷[55]。由于腸道益生菌可以驅(qū)動(dòng)腸道屏障的保護(hù)機(jī)制，基于微生物組分及其微環(huán)境之間的串?dāng)_作用將腸道微生物引入類器官進(jìn)行疾病模擬，為開發(fā)食源性疾病的新療法提供仿真度更優(yōu)的研究平臺(tái)。

4 結(jié) 語

食源性致病菌作為食源性疾病的重要影響因素，可對食品安全造成重大隱患。為深入研究肉及肉制品中食源性致病菌控制方法，需要建立有效的食源性致病菌感染腸道模型。本文首先總結(jié)肉及肉制品中常見的食源性致病菌，并討論常用的腸道感染模型在研究食源性致病菌侵襲腸道方面的研究進(jìn)展。然而，這些傳統(tǒng)的動(dòng)物模型、細(xì)胞模型在研究病原體與宿主相互作用方面存在局限性。類器官作為研究腸道細(xì)菌病原體毒力的人類模型，可以模擬腸道復(fù)雜的多細(xì)胞環(huán)境，揭示致病菌與腸道細(xì)胞間的相互作用和生物過程。但目前腸道類器官在食源性致病菌感染研究中仍存在一些不足，今后其研發(fā)方向和應(yīng)用應(yīng)關(guān)注以下問題：1）增加模型復(fù)雜性，以評估食源性致病菌與其他器官和環(huán)境的相互作用。為更好地模擬腸疾病并評估黏膜和上皮-免疫細(xì)胞通訊對食源性致病菌的作用，上皮類器官與其他器官特異性元件（如巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞）共培養(yǎng)是有意義的；2）利用腸器官芯片重現(xiàn)食源性致病菌在腸道環(huán)境中暴露的機(jī)械力，如流動(dòng)和蠕動(dòng)。在動(dòng)態(tài)條件下連接流體系統(tǒng)中的多個(gè)器官系統(tǒng)充分利用類器官的細(xì)胞多樣性，通過器官芯片設(shè)備可以模擬多器官的復(fù)雜性，如腸-腦軸或腸道和腎臟之間的相互作用，深入研究從原發(fā)性感染到繼發(fā)性感染部位的感染進(jìn)展；3）創(chuàng)建個(gè)性化腸道類器官疾病模型。對攜帶與病原菌感染相關(guān)的突變類器官或患者來源的類器官進(jìn)行基因工程改造，可以進(jìn)一步揭示遺傳特征和食源性疾病易感性之間的潛在聯(lián)系；4）建立類器官標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，促使實(shí)驗(yàn)室和臨床更容易采用該模型，并提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。腸道類器官能夠制造出仿生效果好、功能完善的腸微生理系統(tǒng)，為研究肉及肉制品中食源性致病菌的控制和預(yù)防提供更好的評價(jià)模型。

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