小腸類器官（SIOs）作為研究腸道生物學的體外模型，能在排除干擾因素的情況下探究生物調節劑對原代上皮細胞的直接影響，不過現有培養條件下的人類小腸類器官（hSIOs）仍存在不足，細胞類型多樣性和三維結構無法完全模擬人體小腸組織，尤其難以產生大量出芽結構，成熟潘氏細胞稀少甚至缺失，其分化機制也有待揭示。在此背景下，” Optimized human intestinal organoid model reveals interleukin-22-dependency of paneth cell formation”揭露IL - 22 通過 PI3K/AKT/mTOR 軸誘導潘氏細胞分化，為腸道疾病治療提供潛在靶點。
    此前， IL-22 在腸道生理病理中的作用存在諸多爭議，其對腸道干細胞及組織再生的影響尚無定論，研究人員通過優化人類小腸類器官（hSIO）培養體系，精準探究 IL-22 對各類上皮細胞，尤其是對小腸干細胞和潘氏細胞的作用機制，明確 IL-22 雖不促進腸道再生，但卻是潘氏細胞形成的關鍵誘導因子，本文建立的優化培養方案，可使 hSIO 形成大量帶成熟潘氏細胞的出芽結構，模擬人體小腸隱窩的細胞異質性和分化動態，為研究腸道生理病理提供了更有效的模型，推動了腸道疾病機制研究和潛在治療靶點的探索。
    潘氏細胞是腸道先天免疫的重要組成部分，其分泌的抗菌肽不僅能直接抵御病原體，還參與調節腸道的免疫平衡。在機體受到病原體感染時，潘氏細胞分泌的抗菌肽可以限制病原體的生長和擴散，減少炎癥反應的發生，潘氏細胞給小腸干細胞提供必要的生態位信號，激活相應的細胞信號通路，維持小腸干細胞的正常功能，促進上皮細胞的更新和修復，保障小腸類器官的正常發育。
 
傳統hSIO培養方案的缺點：
1、細胞組成和功能模擬不完整：
前體細胞比例過高，難以自發產生潘氏細胞等功能性細胞、無法完整模擬體內小腸組織的細胞組成和功能特征。
2、 干細胞自我更新與分化失衡 ：
難以同時實現干細胞自我更新和多向分化，在增殖能力和細胞多樣性之間難以平衡，可能導致篩選結果不準確，無法真實反映藥物對正常腸道組織的作用，因為藥物對不同細胞類型的影響在失衡的培養體系中無法準確體現。
3、 培養條件復雜且均一性差：
部分培養方案步驟繁瑣，需要分步驟進行分化，操作復雜，不利于大規模培養和高通量實驗 ，導致類器官培養的效率和可重復性不佳。
 
IL-22—誘導潘氏細胞分化的關鍵因子:
IL-22（IL-22）在腸道生理病理過程中扮演著復雜且存在爭議的角色，它由免疫細胞產生并作用于上皮細胞，在腸道再生、屏障保護等過程，但在炎癥性腸病（IBD）中的作用尚未明確 。研究者通過開發兩步培養法，模式化培養hSIO，利用單細胞RNA（scRNA-seq）測序發現兩步法能重現人體小腸小腸隱窩的細胞異質性和分化動態。創建三敲入報告細胞系（如DEFA5-IRES-DsRed、CHGA-IRES-iRFP670、MUC2-mNeonGreen） 借助活細胞成像儀與共聚焦協同觀測到添加IL-22后潘氏細胞出現，且主要位于芽基部，與體內小腸隱窩的位置相符。
IL-22不利于hSIO長期培養
scRNA-seq對比添加和不添加IL-22的成熟培養基中培養的hSIO，發現IL-22能增加ISC（腸道干細胞）比率，減少活細胞總數，IL-22在hSIO的長期培養中具有有害作用，不促進細胞增殖。 減少了類器官出芽并增加了細胞死亡，表明 IL-22 在 hSIO 的長期培養中具有有害作用。
顯微鏡下腸道干細胞的形態  
PI3K （LY294002）、AKT （MK-2206）、Rapamycin（mTORi）三種抑制劑，研究者發現Rapamycin（mTORi）幾乎完全阻斷了IL-22誘導的潘氏細胞分化。
PI3K/AKT/mTOR 軸介導 IL-22 下游的人潘氏細胞分化的機制 活細胞成像如何改寫研究范式
荷蘭Hubrecht研究所的Clevers團隊 利用活細胞成像，連續72小時捕捉了腸道類器官從單細胞到空腔結構的全過程。他們發現， Wnt信號通路激活驅動了隱窩-絨毛結構的自發形成，這一過程此前僅能通過理論推測。 通過延時成像，團隊首次觀察到特定細胞群的定向遷移和極性建立，為腸道發育異常疾病（如先天性巨結腸）提供了機制線索。
技術路線圖 技術亮點：
1、采用低光毒性光片顯微鏡（Light-sheet microscopy），減少長期成像對細胞活性的影響。
2、結合熒光報告系統（Wnt/β-catenin通路熒光標記），實時可視化信號傳導路徑。
3、活細胞成像技術正將類器官從靜態模型轉化為動態生命系統的“實況轉播平臺”。隨著技術的迭代，我們有望在單細胞層面解析器官發育、疾病演進和藥物作用的每一幀細節。未來，這項技術或將成為精準醫學的“第三只眼”，照亮從基礎研究到臨床應用的最后一公里。
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Celloger^? 活細胞成像儀應用場景 參考文獻：
He GW, Lin L, DeMartino J, et al. Optimized human intestinal organoid model reveals interleukin-22-dependency of paneth cell formation [published correction appears in Cell Stem Cell. 2022 Dec 1;29(12):1718-1720. doi: 10.1016/j.stem.2022.11.001.]. Cell Stem Cell. 2022;29(9):1333-1345.e6.