研究簡介:本研究通過開發一種新型的人胃上皮細胞球體與單核細胞衍生樹突狀細胞（MoDCs）的共培養模型，揭示了胃上皮細胞在幽門螺桿菌（Helicobacter pylori）感染下通過趨化因子依賴性機制主動募集樹突狀細胞（DCs）的現象。這一發現為理解胃黏膜免疫反應提供了新的視角，并為研究幽門螺桿菌感染的免疫機制提供了有力的實驗工具。幽門螺桿菌是全球范圍內導致慢性胃炎、消化性潰瘍病和胃癌的主要病原體。胃黏膜中的樹突狀細胞（DCs）作為抗原遞呈細胞，在啟動適應性免疫反應中發揮關鍵作用。然而，胃黏膜中DCs如何被募集并與胃上皮細胞相互作用的機制尚不清楚。本研究通過構建胃上皮細胞球體與MoDCs的共培養模型，模擬了胃黏膜的生理環境，為研究胃上皮細胞與免疫細胞的相互作用提供了新的平臺。胃上皮細胞球體通過顯微注射感染幽門螺桿菌，并與MoDCs共培養。


結果顯示，MoDCs能夠自發遷移到胃上皮細胞的基底側，并與上皮細胞建立緊密接觸。此外幽門螺桿菌感染顯著增加了DCs的募集，這一過程涉及多種趨化因子的上調，包括CXCL1、CXCL16、CXCL17和CCL20。這些趨化因子在未感染的胃上皮細胞中也有基礎分泌水平，但在感染后顯著上調，表明幽門螺桿菌感染通過增強上皮細胞趨化因子的分泌來促進DCs的募集。此外研究還發現，與幽門螺桿菌感染的胃上皮細胞球體共培養的MoDCs能夠吞噬幽門螺桿菌，這進一步證實了胃上皮細胞與DCs之間的相互作用有助于病原體的采樣和免疫監視。通過對人體胃組織樣本的分析，研究人員發現幽門螺桿菌感染的胃組織中趨化因子表達增強，且DCs與上皮細胞的接觸增加，這與體外共培養模型的結果一致。


本研究的創新之處在于開發了一種能夠模擬胃黏膜生理環境的共培養模型，該模型不僅允許免疫細胞與胃上皮細胞的直接相互作用，還能夠支持幽門螺桿菌的長期感染。這一模型為研究胃黏膜免疫反應提供了新的工具，并為理解幽門螺桿菌感染的免疫機制提供了新的視角。


Unisense微電極系統的應用


Unisense微電極應用于精確測量微小空間內的氧濃度。使用直徑為25微米的OX-25克拉克型氧微電極，通過電機控制的微機械手將電極放置在胃上皮細胞球體的表面或內部，從而測量球體腔內的氧濃度分布。微電極測量的氧濃度數據表明，胃球體內部的微環境與人體胃黏膜的生理條件相似。這種低氧環境不僅支持幽門螺桿菌的生長，還可能影響胃上皮細胞的代謝和功能。通過模擬這種生理條件，研究人員能夠更準確地研究幽門螺桿菌感染對胃上皮細胞的影響，以及樹突狀細胞（DCs）在感染中的募集和功能。


實驗結果


通過構建一種新型的人胃上皮細胞球體與單核細胞衍生樹突狀細胞（MoDCs）的共培養模型，揭示了胃上皮細胞在幽門螺桿菌（Helicobacter pylori）感染下通過趨化因子依賴性機制主動募集樹突狀細胞（DCs）的現象，并闡明了其潛在的分子機制。上皮細胞能夠通過分泌趨化因子主動募集樹突狀細胞（DCs）。在穩態條件下，未感染的胃上皮細胞球體已經能夠分泌多種趨化因子（如CXCL1、CXCL8、CCL20等），并吸引MoDCs向其遷移。這表明胃上皮細胞與免疫細胞之間的相互作用是動態的，并且在沒有感染的情況下也存在免疫監視機制。幽門螺桿菌感染顯著增強了胃上皮細胞對DCs的募集能力。研究通過共培養實驗和趨化因子分析發現，感染后胃上皮細胞分泌的趨化因子（如CXCL1、CXCL16、CXCL17、CCL20等）顯著上調。這些趨化因子的上調直接促進了DCs向胃上皮細胞的遷移，從而增強了免疫細胞在感染部位的聚集。對幽門螺桿菌感染的人體胃組織樣本的分析，研究發現感染部位的趨化因子表達顯著增強，且DCs與胃上皮細胞的接觸增加。這表明體外共培養模型的結果與體內實際情況一致，進一步驗證了研究結論的可靠性。

圖1、MoDC與胃上皮細胞球體共培養后會自發遷移到胃上皮細胞的基外側。(A)DC-上皮球體共培養模型的圖示。(B)代表性培養板底部的熒光共聚焦圖像顯示了積聚細胞的Matrigel邊界。藍色，CellTracker DeepRed標記的DC；紅色，表達mCherry的球形細胞。標尺：200μm。(C)具有代表性的胃球體，周圍有CellTracker Green標記的MoDCs。相位對比圖像與綠色熒光圖像的合并。箭頭表示累積的MoDCs。比例尺：200μm。(D)對延時圖像的粒子追蹤分析顯示，DC軌跡指向球體。虛線表示球體的位置。圖像由EVOS FL Auto系統以10倍物鏡采集，代表4個獨立實驗。(E)表達mCherry的胃球體和細胞追蹤DeepRed標記的MoDCs(藍色)的延時共焦成像顯示MoDCs被快速募集到球體中。共培養開始后不同時間點獲得的單張圖像和8小時后獲得的50張切片的Z疊投影(右圖，步長10μm)。