長(zhǎng)期以來，腸道上皮細(xì)胞（IECs）被認(rèn)為是代謝和免疫形態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子，但是腸道的體外研究一直存在困難。目前尚缺乏理想的腸上皮體外研究模型。細(xì)胞系及原代細(xì)胞/組織的培養(yǎng)均無法反映腸道的多樣性和復(fù)雜性,兩種方法均有諸多缺陷。
 

多數(shù)細(xì)胞系僅限于培養(yǎng)一種腸上皮細(xì)胞亞型，且為了能夠長(zhǎng)期培養(yǎng)常常會(huì)引入基因修飾。由于原代培養(yǎng)的腸上皮細(xì)胞在體外會(huì)迅速開始凋亡，盡可在有限的時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)；有些特殊類型的細(xì)胞在原代培養(yǎng)中分化較差，成活時(shí)間短，可獲得的信息非常有限，因此原代培養(yǎng)的應(yīng)用受到了極大的限制。所以永生化細(xì)胞系不得不被廣泛應(yīng)用于分子及細(xì)胞的體外研究中。
 

細(xì)胞系本質(zhì)來源于腫瘤組織，表型和功能與人體內(nèi)的腸上皮細(xì)胞有很大差異（Harwood et al.，2016），因此細(xì)胞系僅可作為一種人造的研究模型。
 

許多小腸細(xì)胞系不能體現(xiàn)出人小腸上皮細(xì)胞的典型特征，比如必需營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)子偶聯(lián)肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(proton-coupled peptide transporter 1, PEPT1)及鈉依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(sodium-dependent glucosetransporter , SGLT1)在小腸細(xì)胞系的表達(dá)并不高。
 

不同細(xì)胞系在不同實(shí)驗(yàn)室中的研究結(jié)果差異很大，CaCo-2 細(xì)胞系的這個(gè)問題尤其顯著(Harwood et al., 2016;Sambuy et al., 2005)。
 

總之，腸上皮細(xì)胞系既不能保留重要的上皮特性，也不能保留其位置特異性功能，因此腸上皮細(xì)胞系在上皮細(xì)胞生物學(xué)研究中的作用非常有限。

相比之下，腸道類器官可持續(xù)培養(yǎng)數(shù)年，同時(shí)包含所有類型的腸上皮細(xì)胞，包括干細(xì)胞、分泌黏蛋白的杯狀細(xì)胞、分泌抗菌肽的潘氏細(xì)胞(Paneth cells)、tuft 細(xì)胞、分泌激素的腸內(nèi)分泌細(xì)胞(enteroendocrine cells,EECs)及腸上皮吸收細(xì)胞(Sato et al.，2009)。通過在培養(yǎng)基中添加腫瘤壞死因子(tumor necrosis factorTNF)家族成員RANKL，腸道類器官甚至可誘導(dǎo)產(chǎn)生M細(xì)胞(de Lau et al.，2012)。在長(zhǎng)期的培養(yǎng)過程中，類器官可維持各類細(xì)胞的位點(diǎn)特異性及基因的表達(dá)(Middendort et al.，2014)。因此，類器官可較準(zhǔn)確地反映哺乳動(dòng)物腸上皮的主要特性，可廣泛應(yīng)用于各類研究中。
 

腸道類器官幾乎適用于所有用于分析細(xì)胞及組織樣本的實(shí)驗(yàn)方法(Sato and Clevers2013a)，包括免疫組化、免疫熒光、原位雜交(Mahe et al.，2013)、基因和蛋白的表達(dá)分析(如RNAseq和質(zhì)譜分析)(VanDussenet al，2015)、活細(xì)胞成像(Zietek et al.，2015)、代謝分析(如高分辨率細(xì)胞呼吸測(cè)定)。關(guān)于基因操控的所有分子生物學(xué)技術(shù)也可用于腸道類器官，如類器官可轉(zhuǎn)染CRISPER/Cas9DNA及小干擾RNA，可感染重組病毒，可用于CreERT2體系,通過在培養(yǎng)基中加入他莫昔芬即可敲除加入flox序列的等位基因(Berger et al., 2016;Sato and Clevers,2013a)。
 

顯微鏡下的小鼠小腸類器官

腸道類器官培養(yǎng)體系的建立推動(dòng)了胃腸道發(fā)生發(fā)展及病理學(xué)中的干細(xì)胞及分子生物學(xué)研究。隨著腸道類器官的廣泛應(yīng)用，新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不停拓展。作為可準(zhǔn)確反映體內(nèi)生理特征的體外培養(yǎng)體系，腸道類器官可有助于顯著減少研究所需的動(dòng)物數(shù)量。

全組織塊培養(yǎng)也是一種可靠的體外培養(yǎng)模型，小鼠的小腸組織塊體外培養(yǎng)物可重現(xiàn)小腸組織中主要營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)及活動(dòng) (Roder et al., 2014)。但組織塊的穩(wěn)定性較差，其活性在體外僅可保留幾個(gè)小時(shí)，因此僅能用于短期實(shí)驗(yàn)研究。組織塊的成分復(fù)雜，不僅包含腸上皮細(xì)胞，還包括很多其他類型的細(xì)胞和組織，比如肌肉、結(jié)締組織、神經(jīng)和巨噬細(xì)胞等。全組織塊培養(yǎng)并不適用于所有的科學(xué)研究，若研究者僅想對(duì)腸上皮細(xì)胞的特定功能進(jìn)行研究，那么全組織塊培養(yǎng)并不適用。
 

細(xì)胞及組織的原代培養(yǎng)方法均不能實(shí)現(xiàn)特定樣本的體外擴(kuò)增，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需要大量小鼠樣本的支持；就人體組織實(shí)驗(yàn)而言，倫理及組織相關(guān)問題均會(huì)限制樣本的可及性。
 

總之，現(xiàn)有的體外研究模型均存在局限性，亟待新型模型的出現(xiàn)，腸道類器官培養(yǎng)可準(zhǔn)確反映位置特異性腸上皮的生理學(xué)功能，同時(shí)具有操作容易、可無限擴(kuò)增等優(yōu)勢(shì)，而且類器官可被凍存保留數(shù)年。因此，腸道類器官將有助于攻克腸上皮生物學(xué)領(lǐng)域中許多尚未解決的問題。

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