提起克罗恩病，大家已不陌生。从凯特王妃到平民百姓，“无法治愈的癌症”克罗恩病因其具体发病原因尚不明确，给治疗带来了极大难度。

尽管已有多种治疗方法，但对严重克罗恩病的治疗仍然具有挑战性。肠道类器官技术为研究这种疾病提供了新的视角和工具。

近日，剑桥大学的科学家在实验室中培育出“微型肠道”类器官，以帮助了解克罗恩病，他们发现克罗恩病患者肠道上皮的DNA具有与健康对照组不同的“表观遗传”模式。结果表明，改变肠道细胞DNA的“开关”在该疾病及其在患者身上的表现中发挥着重要作用。

研究人员表示，这些肠道类器官不仅可以用于新药开发，而且未来可用于测试新疗法，以确定针对患者的个体化治疗，从而实现更精确、更高效的个性化治疗。

微型肠道类器官

助力克罗恩病个性化治疗

克罗恩病（Crohn's disease, CD）是一种慢性非特异性消化道炎症疾病，属于炎症性肠病（IBD）的一种。

这是一种终身疾病，特征是消化道发炎，在英国，约350人中间就有1个人受其影响，其中1/4的人在18岁之前发病。即使病情最轻微，也会引起严重影响生活质量的症状，包括胃痛、腹泻、体重减轻和疲劳，但也可能导致大手术、住院、接触有毒药物，并对患者及其家属产生重大影响。

克罗恩病（CD）的一个标志是持续性慢性复发性粘膜炎症，这种炎症好发于特定的肠道节段，例如回肠末端（TI）。尽管粘膜炎症能通过药物治疗得到成功缓解，但复发性炎症往往会在同一解剖位置复发，这种现象表明存在稳定的分子机制所引起的局部组织特异性常驻细胞类型的功能改变，但相关机制尚未充分阐明。

近日，来自剑桥大学、欧洲生物信息研究所的科研团队发表了最新研究，介绍了其利用肠类器官发现严重克罗恩病表观遗传机制的重大发现。

研究人员将168名入组者分为3组，分别CD组(n=72)、溃疡性结肠炎（UC）组 (n=23) 和健康对照者(n=73)组，并根据这三个组成员大小肠的粘膜活检样本中生成了312个肠上皮类器官 (IEO)。

△ 克罗恩病 （CD） 患者来源的肠上皮类器官 （IEO） 中主要组织相容性复合物 I 类 （MHC-I） 基因 DNA 甲基化 （DNAm） 的稳定丢失

研究人员对这些类器官进行了全基因组分子分析，包括 DNAm、批量以及单细胞 RNA 测序。然后对这些类器官进行基因编辑，并使用类器官-淋巴细胞共培养和核苷酸结合寡聚化域、富含亮氨酸重复序列和含有CARD 结构域的5 (NLRC5) 葡聚糖硫酸钠 (DSS) 结肠炎敲除小鼠模型评估DNAm变化的功能后果。

同时还使用了一系列计算方法来识别CD相关DNAm变化及其与前瞻性收集的疾病表型和结果的相关性。

△ 核苷酸结合寡聚结构域、富含亮氨酸的重复序列和含有 5 的 CARD 结构域 （NLRC5） 作为肠上皮细胞 （IEC） 主要组织相容性复合物 I 类 （MHC-I） 的转录反式激活因子，并增强干扰素γ （IFNγ） 的作用

结果表明，他们在主要组织相容性复合体 (MHC)1类基因座（包括NLRC5和同源基因上调）中发现了高度稳定的CD相关DNAm缺失。原代粘膜组织和IEO的单细胞 RNA 测序证实了 NLRC5 作为肠上皮中转录反式激活因子的作用。

△ 本阶段实验过程

其他队列中验证了成人和儿童CD患者粘膜 MHC-I和NLRC5表达增加，并通过在NLRC5缺陷小鼠中展示对DSS介导的粘膜炎症的相对保护来强调MHC-I的功能作用。因此，IEO中的MHC-I DNAm与CD疾病表型和结果显著相关。

△  4 与 CD8+ T 细胞共定位的 CD 患者的核苷酸结合寡聚结构域、富含亮氨酸的重复序列和含有 5 的 CARD 结构域 （NLRC5） 在 TI IEC 中的表达。来自健康供体和 CD 患者的 TI 活检的 RNA 范围。

EPCAM（青色）、NLRC5（白色）、TAP1（黄色）、CD8A（红色）、IFNG（绿色）和细胞核（DAPI，蓝色）

剑桥大学和剑桥大学医院 NHS 基金会（CUH）的儿科胃肠病学教授 Matthias Zilbauer 表示：“克罗恩病和 IBD 的病例数在世界范围内急剧上升，尤其是在幼儿中，但尽管经过了数十年的研究，没有人知道其病因。部分问题在于很难模拟这种疾病。我们不得不主要依靠小鼠研究，但这些研究对于我们了解人类疾病的信息有限。”

总之，这项研究确定了表观遗传调控的肠上皮MHC-I是CD发病机制中的新机制。该研究也充分证实，IEO忠实地保留了培养中患者特异性CD相关DNAm变化，进一步证实了类器官作为强大的转化研究工具的有效性。

这些类器官可用于开发和测试新疗法，以了解它们对克罗恩病肠道内壁的疗效。它还为根据个体患者量身定制治疗方案提供了可能性。

随着类器官技术的不断发展和应用，未来有望为克罗恩病的治疗带来更有效、更个性化的治疗方案。同时，肠道类器官在新药研发中的应用也将推动药物科学的进步，为患者提供更多的治疗选择。

肠道类器官

绝佳体外试药替身

肠道不仅是消化器官，还是人体重要的免疫器官。

从Hans Clevers第一次发现肠道类器官至今，人们利用这个绝佳的体外培养模型，为众多肠道疾病的个性化治疗开辟了新路径，为患者治疗方案提供了新策略。

2023年1月，涉及5个干细胞相关机构的20多名科学家们在《Nature Biotechnology》杂志发表研究论文[2]，通过将肠道类器官移植到具有人源化免疫系统小鼠肾囊下，生成了含有免疫细胞的肠道类器官，他们发现人类免疫细胞暂时迁移到粘膜并形成类似于人类肠道淋巴滤泡的细胞聚集体。在微生物暴露后，上皮微皱襞细胞数量增加，导致免疫细胞激活，这取决于HIO腔中IgA抗体的分泌。

△ 使用免疫系统-人源化小鼠模型将免疫细胞整合到HIO中

在培养皿中生长28天后，微小的“类器官球体”已经能达到几毫米大小，然后将类器官移植到小鼠体内，在那里，类器官继续生长超1000倍，直到直径约1厘米大小。

△ 几周后就成长为1厘米豌豆大小

这是“首个”具有功能性免疫系统的肠道类器官，不仅支持迁移的免疫组织，这些免疫细胞和结构还在继续改善着肠道本身的发育，为肠道持续蓄力“免疫力”。

2024年4月，瑞士洛桑联邦理工学院的科学家在学术顶级期刊《Nature》发表最新研究[3]，表明他们开发了一套全新的系统，培养出能在体外进行肿瘤发生的“迷你结肠”（mini-colons）类器官。利用该系统，这个“迷你结肠”类器官可以在不破坏培养物的情况下以单细胞分辨率实时跟踪新出现的结肠肿瘤长达数周。

经过诱导产生的“迷你结肠”类器官呈现出丰富的肿瘤内和肿瘤间多样性，且重塑了体内结直肠癌的关键病理特征。该研究有助于识别致癌因子及其环境决定因素，帮助指定对应的药理学方法，这项创新性工作为在生物体外进行癌症发生的研究铺平了道路。

△ 致癌突变诱导“迷你结肠”类器官中完全成熟的肿瘤

综上，肠道类器官通过模拟真实肠道的三维结构和生理功能，为个性化治疗提供了强大的实验平台。利用患者来源的细胞培养出的肠道类器官，保留了个体的遗传特征，还原了肠道作为“免疫器官”和消化系统存在的重要生理特性，从而实现对特定疾病机制的精确模拟，成为良好的体外试药模型。

随着类器官技术的不断进步，肠道类器官技术将有助于加速新药研发和测试，降低研发成本，提高药物筛选的成功率。相信随着类器官技术的日新月异，有望在精准医疗领域发挥更为重要的作用，未来将会有更多科研成果出现，为癌症治疗带来革命性的改变，为患者带来更加精准、有效的治疗选择。