东南大学李玲教授团队及合作者提出可重现肠—胰岛轴的三维器官芯片策略，实现胆汁酸引导的 GLP-1/胰岛素分泌评估

研究背景

在机体复杂的代谢调控网络中，肠—胰岛轴扮演着连接营养感知与血糖调控的重要桥梁。肠道 L 细胞分泌的 GLP-1 能促进胰岛 β 细胞释放胰岛素，是维持血糖稳态的关键环节，也因此成为糖尿病治疗中的核心靶点。近年来，人们逐渐认识到胆汁酸不仅参与脂类消化，还可通过多种受体激活肠内分泌细胞，进而影响 GLP-1 与胰岛素的分泌，在代谢调控中作用远比传统认知更为重要。然而，肠道与胰岛之间的信号传递高度动态、富有层次，受营养流动、激素浓度变化、细胞空间结构等多重因素共同影响，单纯的平面细胞培养难以再现这种复杂的生理环境。现有体外模型要么缺乏三维结构和流体环境，要么无法模拟激素级联反应，因而难以系统、准确地评估胆汁酸等代谢分子的真实作用。为此，发展一种能够重建肠—胰岛生理特征，并对代谢调节因子进行动态、可控、可量化评价的新型器官芯片平台，成为推动糖代谢基础研究和新型代谢药物筛选的迫切需求。

研究进展

在探索更接近体内生理环境的体外模型时，研究团队借助微流控技术与仿生材料构建出一种能够同时支持肠道 L 细胞和胰岛 β 细胞三维生长的器官芯片体系。团队首先利用液滴微流控手段制备出结构均一、互联通透的多孔水凝胶支架，使细胞能够在三维空间内自发聚集成细胞团，呈现比二维培养更接近真实组织的形态与功能。随后，他们将这种支架嵌入设计精巧的微流控芯片中，通过连续流动的培养液模拟体内的营养与信号传递环境，使细胞团能够在稳定的动态条件下长期存活并保持活性。同时，三维细胞团对营养与激素刺激的响应更敏锐，动态流体环境也显著增强了胰岛素分泌的生理相关性。更重要的是，芯片内的树枝状微通道能够产生稳定的多级浓度梯度，使不同浓度的胆汁酸能够同时作用于肠道细胞团，从而观察其对 GLP-1 释放的影响，并进一步评估对下游胰岛素分泌的调节作用。多个胆汁酸的芯片测试显示，HCA 对 GLP-1 的促进作用尤为显著，进而显著提升 β 细胞的胰岛素分泌，这一趋势与体内结果高度一致，体现出平台的可靠性与预测能力。整体而言，这一器官芯片系统不仅实现了肠—胰岛轴核心功能的体外重建，也为胆汁酸及其他代谢调节分子的精准、快速、高通量评价提供了新的技术路径。

未来展望

随着这一器官芯片平台在肠—胰岛轴重建与代谢调控因子评价方面展现出的优势，其潜在应用空间也将在未来被进一步拓展。该系统不仅能够用于解析不同胆汁酸对 GLP-1 和胰岛素分泌的作用规律，还可通过引入肠道菌群、肝脏细胞或免疫微环境，逐步构建更复杂的多器官耦联系统，从而模拟体内更真实的代谢调控网络；同时，依托其对激素级联反应的高敏感性和对刺激梯度的精细解析能力，该平台有望成为代谢药物筛选、毒性评估和作用机制研究的高效工具。若将患者来源细胞整合至芯片中，还可望形成具有人体个体差异特征的“个性化代谢模型”，用于预测药物反应和辅助临床决策。随着微流控、类器官培养和多模态检测技术的不断进步，这类仿生器官芯片将为理解糖代谢紊乱的发生机制、开发新型代谢干预手段提供更加准确、可控且具有转化潜力的研究平台。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0923