新方法促进肠上皮功能和疾病的遗传研究

肠道长约8米，有数不清的手指状突起，被称为绒毛，是我们身体内部与食物接触的最大接触面。

作为消化道最重要的器官，它的主要任务包括从食物中吸收营养，提供能量，以及排出有害的代谢物。肠屏障作为一种保护墙，防止细菌或外来物质进入人体，因此对健康有决定性的影响(免疫防御)。

肠壁的一部分是肠内壁(肠上皮细胞)，它们排列在肠道内部，在吸收水、电解质和营养物质方面起着重要作用。它还具有持续更新的过程，是成年哺乳动物中自我更新最快的组织，再生时间为3-10天。

尽管肠道功能多样，对健康有着巨大的重要性，但迄今为止，人们对哪些基因在消化或肠道疾病的发展中发挥重要作用知之甚少——尽管进行了大量的研究。

来自德国耶拿Leibniz衰老研究所- fritz Lipmann研究所(FLI)的研究人员与美国西雅图Fred Hutchinson癌症中心的合作伙伴合作，现在已经实现了一个重要的里程碑:他们开发了一种新的方法，一方面使基因研究对于肠道的所有区域，另一方面可以用于更详细地研究基因对致癌、衰老过程和宿主-微生物组相互作用的影响。

目前的研究结果已发表在该杂志上BMC生物学．

单基因突变分析与大量基因筛选

“利用特殊的种系突变，目前有可能关闭肠道中的单个基因上皮细胞并调查他们的影响。但是，尽管做出了许多努力，目前还没有一种方法可以用来同时研究大量的基因，”FLI的研究小组负责人、FSU耶拿的分子医学教授K. Lenhard Rudolph解释说。但这种方法是必要的，因为人类基因组有超过2.5万个基因，其中约四分之三在我们的肠道中活跃。

Rudolph教授补充说:“此外，通过靶向单基因突变分析来研究这些基因的功能是非常昂贵和耗时的。”原则上，可以使用含有特定基因序列的病毒颗粒在组织的单个细胞中诱导突变。通过这种方法，可以同时进行大量基因的筛选研究。

“这种方法今天已经用于皮肤、肝脏和皮肤的检查血液干细胞干细胞研究人员说，“因为肠上皮的干细胞深深隐藏在隐窝(绒毛之间的深袋)中，因此很难通过病毒颗粒进入基因转移。”

以往研究方法的不足

该研究的主要作者、FLI的乔治·b·加尔赛德博士补充说:“目前已知的研究肠上皮的方法使用肠类器官，这是一种在细胞培养中生长并通过添加病毒进行基因改造的微型器官。”

“然后将这些修饰过的小器官注射到免疫缺陷小鼠的肠上皮细胞中，然后研究基因对肠道功能的影响。”

然而，这种方法有几个缺点。类器官必须首先在实验室的细胞培养中生长和繁殖，然后才能通过特定的病毒载体进行基因改造。这一切都发生在生物体之外，这意味着小器官缺乏自然环境，然而，调节肠上皮的自然发生的发育和维持。

由培养中的非自然生长条件触发，肠道干细胞会发生变化，从而不能准确反映基因在自然条件下的功能。

移植过程中也会出现问题，因为肠的长度和外界的可及性差，类器官移植仍然局限于结肠下段，整体效率较低，限制了研究只有少数几个基因。

Garside博士说:“由于所有这些限制和问题，有必要找到一种新方法，能够直接在未受干扰的肠上皮的自然环境中插入基因修饰，并使研究天然肠上皮中多个基因的功能成为可能。”“这也有好处，因为培养的细胞可以发生异常选择和变化，扰乱未修饰细胞的基因功能鉴定。”

研究肠上皮的新方法

研究人员成功地开发了一种强大的、可复制的程序，使得在不需要移植的情况下，将大量基因修饰引入未修饰的天然肠上皮干细胞中成为可能。鲁道夫教授说:“我们使用实验室小鼠进行研究，在许多方面密切反映了人类肠道上皮的生理状况。”

由于干细胞深藏于成年小鼠肠上皮隐窝中的解剖位置难以接近，因此在小鼠胚胎发育早期使用了一种特殊的微量注射技术。这是因为在发育的早期阶段，肠道仍然是由内而外的，这使得它更容易被引入靶向基因修饰。

潜力巨大，应用范围广泛

该研究结果表明，该新技术可用于研究发育期间和成年动物肠上皮中的基因功能。此外，该方法具有识别的潜力基因这对致癌、衰老以及微生物组(肠道中的细菌)与宿主之间的相互作用都有影响。

这种方法的主要优点是它允许在小鼠未受干扰的肠上皮中进行体内遗传筛选，也可能在其他模型器官中进行。因此，胃肠道的所有区域，包括胃、小肠和结肠，都可以进行基因改造和研究。

同样重要的是，该技术可以应用于胰腺、肝脏、膀胱、肺等来自内胚层的其他器官，因此该方法也可以在其他研究领域非常有益。这种方法的发展对这些器官的研究非常重要，特别是可以加速发现肠道上皮细胞的生物学、功能和疾病的发展。