炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD），主要包括克罗恩病（Crohn's Disease，CD）和溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis，UC），是一类慢性、复发性肠道炎症性疾病。全球范围内，IBD的发病率和患病率正在逐年上升，尤其在儿童和青少年中，约25%的IBD病例在儿童期被诊断出来。IBD的一个主要并发症是肠道纤维化，这种病理状态会导致肠腔狭窄和梗阻，严重影响患者的生活质量。统计显示，大约50%的CD患者会发展为纤维性狭窄或穿透性病变，其中75%的患者最终需要手术治疗。
尽管在IBD中，慢性炎症被认为是纤维化的主要驱动力，但其确切的机制仍不完全清楚，这限制了有效治疗策略的发展。纤维化的关键细胞是成肌纤维细胞，它们通过产生过量的细胞外基质（ECM）在纤维化环境中发挥作用。成肌纤维细胞的激活受到多种因子的介导，包括生长因子和细胞因子，如转化生长因子（TGF-β）和肿瘤坏死因子（TNF-α）。
类器官技术的出现为IBD研究带来了革命性的变化。类器官是由多能干细胞（胚胎干细胞或诱导多能干细胞）或成体组织中的干细胞在三维培养中自发形成的微型器官结构，能够保留原始组织的许多功能。这些类器官为深入研究IBD的发病机制提供了一个高度生理相关的体外模型，尤其是在研究纤维化的发生和发展方面。
发表在Inflammation research期刊，题为Characterization of patient-derived intestinal organoids for modelling fbrosis in Infammatory Bowel Disease的研究中，研究人员利用从IBD儿童患者和年龄匹配的健康对照组中提取的肠道隐窝干细胞生成的类器官（PDOs），通过暴露于TNF-α和TGF-β1来诱导和表征炎症介导的纤维化反应，探讨PDOs作为IBD纤维化模型的潜力。
图示描述：
1) 为了证明TNF-α和TGF-β1共同处理能够诱导PDOs发生纤维化，研究者通过RT-qPCR分析了PDOs中炎症（IL1B）、间充质（SNAI2）和纤维化标志物（FN1、ACTA2、SERPINE1、COL4A1）的表达情况。实验结果显示，单独处理TNF-α或TGF-β1仅略微刺激了部分标志物的表达，而TNF-α和TGF-β1共同处理显著上调了上述所有标志物的表达。同时，通过形态学分析，发现PDOs在共同处理后发生了明显的上皮-间质转化（EMT）特征，即球状结构失去完整性，细胞迁移出去，呈现间充质表型。
2) 为了进一步验证TNF-α和TGF-β1共同处理对PDOs的纤维化诱导效果，研究者采用免疫荧光技术观察了纤维化标志物FN1和波形蛋白（Vimentin）的表达情况。结果显示，未处理的PDOs中FN1和波形蛋白的表达较弱，而经过TNF-α和TGF-β1共同处理后，这些标志物的表达显著增强，显示出PDOs在纤维化处理后细胞间黏附减少，细胞迁移增加的特征。
3) 为了分析TNF-α和TGF-β1共同处理对不同PDOs的转录组变化，研究者进行了全转录组测序。主成分分析（PCA）显示，处理与未处理样本之间存在显著的转录组差异，而疾病状态对样本之间的差异影响较小。进一步的Euclidean距离矩阵分析支持了这一结果，表明不同疾病状态的PDOs在纤维化处理后转录组变化一致。
4) 通过差异表达基因（DEGs）分析，研究者发现TNF-α和TGF-β1共同处理在所有PDOs中显著上调了与EMT相关的基因，特别是与细胞迁移正调控相关的基因。功能富集分析显示，这些上调的基因主要参与细胞迁移、细胞骨架组织和信号转导等生物过程，进一步验证了纤维化处理对PDOs的影响。
5) 在比较CD-PDOs与对照组（CTRLs）和UC-PDOs的转录组时，研究者发现CD-PDOs在纤维化处理后表现出特异的基因表达特征，主要表现为核定位和转录调控相关基因的上调。这一发现揭示了CD患者来源的肠道上皮细胞在纤维化刺激下的独特反应，表明CD-PDOs可能具有不同于UC-PDOs的纤维化机制。
全文总结：
这篇文章首次利用患者衍生的肠道类器官（PDOs）建立了一个稳定的IBD纤维化模型。通过TNF-α和TGF-β1的共同处理，成功诱导了PDOs的纤维化反应，并通过多种分子和形态学手段验证了这一模型的有效性。该研究不仅展示了PDOs在模拟肠道纤维化中的潜力，还揭示了CD-PDOs在纤维化反应中的独特基因表达特征，为进一步研究IBD的纤维化机制提供了新的方向。
参考文献：
Laudadio I, Carissimi C, Scafa N, Bastianelli A, Fulci V, Renzini A, Russo G, Oliva S, Vitali R, Palone F, Cucchiara S, Stronati L. Characterization of patient-derived intestinal organoids for modelling fibrosis in Inflammatory Bowel Disease. Inflamm Res. 2024 Aug;73(8):1359-1370. doi: 10.1007/s00011-024-01901-9. Epub 2024 Jun 6. PMID: 38842554; PMCID: PMC11282153.
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