人胆囊类器官单层模型揭示急性与慢性伤寒沙门氏菌感染的早期宿主免疫应答差异

伤寒沙门氏菌(S. Typhi)是人类特异性致病菌，全球年增超 1000 万例伤寒病例，致 6.54 万 - 18.77 万人死亡。1%-5% 急性感染者会发展为慢性携带者，既是传染源，还使胆囊癌(5 年生存率仅 12%)风险升高。但 S. Typhi 与胆囊上皮早期互作机制不明 —— 动物模型无法复现其人类特异性，传统体外模型难模拟胆囊微环境，且未明确急慢性菌株对宿主通路的调控差异。

美国马里兰大学团队在《Frontiers in Immunology》上发表题为Early host immune responses in a human organoid-derived gallbladder monolayer to Salmonella Typhi strains from patients with acute and chronic infections: a comparative analysis的研究：构建人胆囊类器官衍生极化单层(HODGM)模型，对比 22 株急慢性 S. Typhi 菌株，揭示其对宿主免疫应答的差异化调控。

实验方法

1. HODGM 模型建立与验证

从胆囊切除患者组织分离干细胞(SC)，与 γ 射线照射的 3T3-J2 成纤维细胞共培养于 Matrigel 包被板，用含 L-WRN 条件培养基诱导 SC 形成 2D 集落(10-15 天);解离后接种于 Transwell 小室，经气液界面培养 3-4 天形成极化单层。通过 H&E 染色、免疫组化(villin、claudin3)及阿尔辛蓝染色验证模型结构与功能。

2. S. Typhi 菌株准备与感染

使用 22 株存档菌株(急性 11 株：含 Ty2 疫苗株及智利不同时期分离株;慢性 11 株：含 Quailes 株及同期分离株)，LB 琼脂培养后以 MOI=50 感染 HODGM 模型 5 小时，培养基组为对照，收集上清与细胞用于后续检测。

3. 检测与分析

组织切片行组织学与免疫组化检测;上清中 IL-8 用 ELISA、IL-6/TNF-α 等用 MSD 定量;Western blot 检测 MAPK/S6 等磷酸化水平，TransAM assay 检测转录因子活性;NanoString 分析 579 个免疫相关基因;用 Prism 行嵌套 t 检验、混合效应模型，ClustVis 行 PCA，Pearson 分析相关性(P<0.05 显著)。

关键结果

图1：HODGM 模型的结构与功能验证

该图证实模型真实性：流程示意图展示从共培养到极化分化的完整步骤，明场图像显示成纤维细胞饲养层、SC 集落及极化柱状上皮，免疫荧光与特殊染色证实模型含 villin⁺吸收细胞、claudin3⁺紧密连接，且能分泌黏液，具备胆囊上皮核心特征。

图2：急性与慢性菌株差异激活 MAPK/S6 信号通路

Western blot 显示，两类菌株对 AKT/YAP/mTOR 磷酸化无差异，但慢性菌株使 MAPK 磷酸化显著高于急性菌株(P=0.0030)，急性菌株使 S6 磷酸化显著高于慢性菌株(P=0.0006)，二者呈负相关(r=-0.4281，P=0.0291);TransAM assay 显示下游转录因子活性无差异，差异仅在通路激活阶段。

图3：两类菌株诱导差异化细胞因子分泌

Transwell 上室上清检测显示，急性菌株诱导 IL-6 显著高于慢性菌株(P<0.05)，慢性菌株诱导 TNF-α 显著高于急性菌株(P<0.05)，MCP-1 有升高趋势，IL-8/IL-18/TSLP 无差异;下室上清细胞因子与对照无差异，TNF-α 水平与 MAPK 正相关、与 S6 负相关。

图4：两类菌株调控不同免疫相关基因表达

NanoString 分析显示，急性菌株上调 72 个基因，慢性菌株上调 92 个基因，且慢性菌株独特上调基因(24 个)显著多于急性菌株(4 个，P<0.0001);慢性菌株显著上调 IRF1/TNF/NFKBIZ/PLAU，且富集 I-κB 激酶 / NF-κB 通路(P<0.0001)，急性菌株无此富集。

图5：PCA 整合分析变量关联

PCA 显示 PC1(46.3%)与 PC2(28.3%)共解释 74.6% 方差，可区分急慢性菌株组;层次聚类将变量分三类(慢性高表达 MAPK/PLAU/IRF1/TNF-α，急性高表达 S6/IL-6);载荷图显示 IL-6 与 PLAU 负相关，提示多机制调控。

图6：2017-2019 年流行病学关联菌株的验证

2017-2019 年急性菌株诱导 TNF-α 显著高于同期慢性菌株(P<0.05)，且该时期急性菌株 TNF-α 高于 1980 年代急性菌株(P<0.05)，慢性菌株 TNF-α 无时期差异;TNF-α 与 IL-6(r=0.6415)、S6(r=0.3354)正相关，证实菌株选择压力时长影响宿主应答。

全文总结

本研究核心是建立 HODGM 模型并揭示急慢性 S. Typhi 的差异化调控机制：HODGM 复现胆囊上皮结构与功能，解决人源模型缺失问题;首次发现慢性菌株高激活 MAPK、急性菌株高激活 S6，差异由 TNF-α/IL-6 介导，且慢性菌株上调 NF-κB 通路基因;证实菌株胆囊选择压力时长影响宿主应答，IRF1/MAPK 为潜在干预靶点，推动慢性感染机制理解与临床转化。