肠道黏膜是机体抵抗病原菌入侵的重要屏障。在Wnt 、Notch及BMP等信号通路的精密协调下，肠道干细胞（Intestinal stem cell，ISC）能够向吸收型或分泌型谱系定向分化，维护肠上皮屏障的完整性。不同于机体其他类型干细胞，肠道干细胞能够持续与肠道微生物发生直接或间接的接触。因此，解析微生物群与肠上皮分化命运之间的关系，是有效维持病原菌应激下肠道稳态的关键。

肠道类器官包含ISC在内的所有类型的肠上皮细胞，可在特定条件下增殖和分化，通过对肠道类器官进行人工改造来模拟体内肠道微生物环境，在提升人们目前对肠道微生物群-宿主相互作用的理解以及取代对该领域动物模型的依赖方面具有巨大潜力。该研究构建了菌群和肠道类器官共培养模型，并通过荧光共聚焦和流式细胞术等技术手段探索菌群在类器官内的生长及定植情况。随后评估了不同细菌对于肠上皮分化命运的影响。

研究首先发现了枯草芽孢杆菌能够减少肠道类器官Lgr5hi ISC、祖细胞和肠上皮细胞数量，并增加分泌型肠上皮细胞（如潘氏细胞和杯状细胞）数量的表型；然后证实了枯草芽孢杆菌能够减少潘氏细胞Notch配体（Dll1、Dll4 和 Jag1）的表达量，从而抑制Notch信号通路并降低其靶基因Hes1的表达量，揭示了ISC以降低自我更新及吸收型谱系分化趋向为代价，转而向肠分泌型谱系分化。进一步通过基因敲除技术，研究团队发现枯草芽孢杆菌的LTA成分通过TLR2-Myd88信号传导途径调控肠上皮细胞的分化命运，枯草芽孢杆菌可刺激潘氏细胞、杯状细胞等分泌型细胞数量促进溶菌酶、黏蛋白2（Muc 2）以及抗菌肽分泌量的显著增多，提升了宿主抵抗肠道沙门氏菌感染的能力。

综上，该研究提出了肠道微生物与肠上皮互作影响肠黏膜屏障功能的新机制，即枯草芽孢杆菌通过其LTA成分与ISC表面的Toll样受体（TLR2）结合，抑制Notch信号通路重编程ISC分化命运，促进其向分泌型细胞分化，增强肠道黏液屏障，最终抵抗沙门氏菌对肠黏膜的侵袭。该研究结果为枯草芽孢杆菌在预防和治疗细菌性肠炎中的应用提供了理论基础。

南京农业大学动物医学院硕士研究生侯起航（现中国农业大学动物营养国家重点实验室博士研究生在读）和博士研究生贾俊鹏为该论文的共同第一作者，迪辅乐生物（上海）有限公司（Dipro）庾庆华教授和南京农业大学动物医学院青年教师李昱辰为共同通讯作者。此外，南京农业大学的林建副教授参与了该项研究工作。

该研究工作得到国家重点研发计划、中国博士后创新人才计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金，以及南京农业大学动物黏膜免疫实验室和迪辅乐微生物免疫代谢实验室的支持。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111416