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一项发表于《PNAS》的研究揭示了肠道炎症启动的关键机制，并指出益生菌在特定情况下可能无效。研究题为“Intestinal barrier dysfunction orchestrates the onset of inflammatory host–microbiome cross-talk in a human gut inflammation-on-a-chip”，利用创新的“肠道炎症芯片”模型，模拟了人类肠道炎症的起始过程。

人类肠道炎症的引发涉及复杂过程：粘膜损伤、屏障功能受损以及免疫细胞的补充和浸润等均会导致炎症反应。在人类和动物模型中的研究表明，肠上皮组织、微生物和免疫成分之间功能失调的交互是炎症发病机制的关键因素。然而，在这些交互作用中找出具体哪些因素会引发肠道炎症并不容易，因为现有模型难以操纵这些复杂的相互作用。“因此，识别协调肠道炎症反应发生的关键调节剂非常重要，因为这种识别将支持针对整个炎症级联反应的主要引发者的临床和治疗选择的发展。”作者指出。

在这项研究中，作者们使用了一种新的“肠道炎症芯片”（gut inflammation-on-a-chip），有效地模拟了肠腔细胞、免疫细胞和微生物群之间的相互作用，并允许它们触发和监测肠道炎症的发生和发展。研究人员模拟了由化学葡聚糖硫酸钠（DSS）引起的小鼠模型炎症发展过程。

研究人员认为，肠道炎症芯片是第一个这种病变的器官芯片（organ-on-a-chip）。迄今为止，器官芯片技术已被用来模拟器官在受控环境中的功能，这种新设备使得科学家能够通过添加和移除关键因素对系统进行微调。

领导这项研究的Hyun Jung Kim博士说：“通过定制肠道中的特定条件，我们可以为这种疾病建立起原始的催化剂或起病引发剂。如果我们能确定根本病因，就能更准确地找到最合适的治疗方法。”

使用这种新型微芯片，研究人员发现，DSS治疗在不造成细胞毒性损伤的情况下，损害了上皮屏障的完整性、肠绒毛的结构和粘液的产生。此外，DSS的影响是可逆的，研究结果表明，DSS敏感性上皮细胞和免疫细胞之间的相互作用增加了氧化应激，导致肠道微生物群产生炎性细胞因子，并导致免疫细胞的募集。

重要的是，研究还表明，破坏上皮屏障的完整性和功能是引发炎症的最关键因素。虽然使用益生菌治疗可以有效降低氧化应激，但是在DSS诱导屏障破坏后施用益生菌不能修复上皮屏障功能障碍和促炎反应。

作者总结道：“利用肠道炎症芯片，我们发现屏障功能障碍是引发肠道炎症最关键的触发因素之一。维持上皮屏障的完整性对于抑制粘膜氧化应激和随后由异常细胞间宿主-微生物群串扰介导的促炎级联反应不可或缺。”

未来，研究人员计划在他们芯片技术的基础上，开发更定制化的人类肠道疾病模型，如炎症性肠病或结直肠癌模型，以确定肠道微生物群如何控制炎症、癌症转移以及微生物群对癌症免疫治疗效果的影响。