基于器官芯片模型的麸炒白术与枳实配伍治疗炎症性肠病的作用机制与安全性评价研究
主要作者及发表信息
本研究由常州市中医医院的张卫东、刘婵明、陈伟、朱月琴等，联合东南大学（陈早早、顾忠泽）及常州市食品药品纤维质量监督检验中心的研究人员共同完成。论文发表于2026年1月29日的 《Frontiers in Pharmacology》 期刊。
一、研究背景与目的
本研究聚焦于传统中药复方麸炒白术与枳实（Stir-fried Atractylodis Macrocephalae Rhizoma with Aurantii Fructus, SFALCA）在现代医学难题炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）中的应用。IBD 是一种由免疫介导的慢性胃肠道炎症性疾病，全球有数百万患者，其发病机制复杂，涉及遗传易感性及西方化生活方式等多重因素。持续的炎症可导致肠道上皮屏障的广泛损伤，但目前的研究模型，无论是化学诱导的小鼠结肠炎模型，还是简单的单细胞体外模型，都因种间差异和生理环境模拟不足而限制了研究结果的转化潜力。
SFALCA 作为孟河医派的特色方剂，数百年来广泛用于胃肠保健，具有抗炎、抗氧化等多种药理活性。然而，其治疗IBD的具体效应、活性成分和作用机制尚不明确。同时，中药成分复杂，其潜在的肝毒性是制约其现代化和国际化的关键瓶颈。因此，本研究旨在解决两个核心问题：第一，利用创新的器官芯片（Organ-on-a-Chip）技术，构建更贴近人体生理的体外模型，系统阐明SFALCA治疗IBD的活性成分与分子机制；第二，利用肝脏芯片模型评估其肝毒性，为其临床安全应用提供科学依据。
二、详细研究流程与方法
为实现上述目标，研究团队设计并执行了一套多层次、多步骤的实验方案。
首先，研究搭建了核心研究平台——肠道-免疫芯片（Intestinal-Immune Chip）。该芯片为一个多细胞共培养的微流控系统，具体流程如下：首先，在芯片的下层膜上接种人脐静脉内皮细胞（Human Umbilical Vein Endothelial Cells, HUVEC）。次日，在上层通道中共培养人结肠腺癌细胞（Caco-2）与人结肠杯状细胞（HT-29 MTX），以模拟包含粘液分泌功能的肠道上皮层。培养3-4天后，当跨上皮电阻（Transepithelial Electrical Resistance, TEER）值达到400Ω·cm²，表明形成了致密的细胞屏障。此时，向下层通道中加入由人单核细胞（THP-1）经PMA分化而成的M0型巨噬细胞，共培养24小时，完成包含免疫组分的肠道模型构建。整个培养过程在动态摇摆灌注装置中进行。模型构建成功后，通过在上层通道加入含有脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）和佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯（PMA）的培养基刺激8小时，成功诱导了肠道炎症模型。造模成功的标志是TEER值显著下降，紧密连接蛋白（Zonula Occludens-1, ZO-1）表达降低，以及促炎因子白细胞介素-6（IL-6）水平显著升高。
其次，在建立炎症模型后，研究进入了药物干预阶段。实验设置了多种干预组：空白对照组、阳性药物α-硫辛酸（Alpha-Lipoic Acid, ALA）组、生白术提取物组（Raw AL）、SFALCA组（100μg/mL，经浓度筛选确定）、其主要活性单体白术内酯I（Atractylenolide I）（100μmol/mL）组、柚皮苷（Naringin）（100μmol/mL）组，以及白术内酯I与柚皮苷联合用药组。药物处理持续48小时。此阶段，研究通过多种手段评估药物效果：测量各组的TEER值变化以评估肠道屏障修复功能；利用免疫荧光染色检测ZO-1蛋白的表达与分布；通过酶联免疫吸附试验（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA）检测培养上清中促炎因子IL-6和抗炎因子白细胞介素-10（IL-10）的水平；采用流式细胞术定量分析下层巨噬细胞中M1（CD80+）与M2（CD206+）表型的极化比例，以评估免疫微环境的调节作用。
与此同时，为了进行安全性评价，研究构建了肝脏芯片模型。该模型将人肝癌细胞（HepG2）、人肝星状细胞（LX-2）和肝窦内皮细胞（Liver Sinusoidal Endothelial Cells, LSEC）进行共培养。通过免疫荧光验证了白蛋白（Albumin, ALB）、α-平滑肌肌动蛋白（α-Smooth Muscle Actin, α-SMA）和CD31的特异性表达，确保了肝脏模型的功能性。随后，用相同浓度的各种药物处理肝脏芯片48小时，并使用CellTiter-Glo® 3D细胞活力检测法评估细胞毒性，同时用ELISA法检测上清液中的白蛋白水平，并以已知的肝毒性药物托卡朋（Tolcapone）作为阳性对照。
最后，为了深入探究分子机制，研究选取了抗炎效果最佳的联合用药组（白术内酯I + 柚皮苷）和未经处理的对照组模型，提取总RNA后进行了RNA测序（RNA-sequencing, RNA-seq）分析。通过对差异表达基因进行KEGG通路富集分析，鉴定出与药物作用机制密切相关的信号通路，并重点分析了相关通路中关键基因的表达水平变化。
三、主要研究结果
研究结果清晰地反映了SFALCA及其活性成分的治疗效果与机制。
在肠道炎症模型治疗方面，各项指标改善显著。TEER测量显示，在移除刺激后48小时，所有实验组的TEER值均有所恢复。其中，联合用药组、白术内酯I和柚皮苷组的恢复效果优于SFALCA组，而生白术组效果不显著。ZO-1的免疫荧光结果与此趋势高度一致，且联合用药组与白术内酯I组的荧光强度最高，表明白术内酯I在屏障修复中起关键作用。细胞因子检测显示，SFALCA组、白术内酯I组和联合用药组的促炎因子IL-6水平显著低于未治疗组，显示出强大的抗炎能力；各治疗组抗炎因子IL-10水平也显著上升，联合用药组表现最佳。流式细胞术分析巨噬细胞极化发现，除生白术组外，所有治疗组的M1型（促炎）巨噬细胞比例均显著降低。然而，与预期不同，没有任何治疗组显示出M2型（抗炎修复）巨噬细胞比例的增加。对此，研究推测可能是LPS/PMA激活的M1型巨噬细胞通过线粒体功能障碍等机制，阻断了其向M2型的再极化过程。
在肝脏安全性评价方面，SFALCA及活性单体展现出良好的安全性。细胞活力检测结果显示，所有药物处理组的细胞活力与对照组相比均无显著性差异。白蛋白表达检测则揭示了更深入的信息：肝毒性药物托卡朋使白蛋白水平急剧下降，验证了该模型的预测敏感性；而SFALCA组和柚皮苷组不仅未使白蛋白水平下降，反而显著上调了其表达，提示可能具有肝保护作用；其他药物组则未表现出负面影响。
在分子机制探究方面，RNA-seq分析揭示了药物的关键作用靶点。与对照组相比，联合用药组中包括肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-1β（IL-1β）和多种趋化因子在内的多种促炎因子基因表达下调。KEGG富集分析发现白细胞介素-17（IL-17）信号通路被高度富集。具体而言，治疗显著下调了该通路中的关键基因，包括白细胞介素-17c（IL-17C）、其受体IL-17RA和IL-17RE，以及它下游的炎症因子IL-1β和TNF-α。同时，屏障相关蛋白如ZO-1（TJP1基因）和闭合蛋白（Occludin）的mRNA水平在治疗组显著上调。这揭示了一个新型的炎症放大机制：在LPS/PMA刺激下，肠道上皮细胞分泌IL-17C，与巨噬细胞上的受体结合后，促使其释放TNF-α和IL-1β等促炎因子，这些因子又反过来刺激上皮细胞产生更多IL-17C，形成了一个“IL-17C → 促炎因子 → IL-17C”的正反馈回路。白术内酯I和柚皮苷正是通过抑制这一环路，打破了炎症的级联放大效应。
四、结论与研究价值
本研究的结论是，SFALCA在治疗IBD方面表现出显著的抗炎效果，且无肝毒性，其主要活性成分和药效物质基础是白术内酯I和柚皮苷。该研究不仅初步阐明了SFALCA通过干预IL-17C介导的炎症正反馈回路来修复肠道屏障、抑制炎症的新机制，还创新性地发现白术内酯I和柚皮苷的联合应用效果优于任一单一组分。
本研究的科学价值在于，它首次为传统中药复方SFALCA提供了基于人体多细胞共培养芯片的高质量现代药理学证据，从表型、细胞和分子多个层面揭示了其作用机制。其应用价值在于，所建立的肠道-免疫和肝脏器官芯片平台，为中药复方的药效评估和毒性筛选提供了一套可靠、高效且更贴近人体生理的技术范式，对推进中药的现代化和国际标准化研究具有重要意义。
五、研究亮点与展望
本研究的亮点主要体现在三个方面。第一，技术创新：自主研发并应用了集肠道上皮、粘液层、内皮层和免疫细胞于一体的肠道芯片，以及包含三种肝脏主要功能细胞的肝脏芯片，成功模拟了复杂的器官微环境和疾病病理过程，克服了传统模型的局限。第二，机制发现：创新性地揭示了SFALCA通过打破IL-17C介导的正反馈回路来抑制IBD炎症的独特分子机制。第三，转化安全：在确保疗效的同时，同步利用肝脏芯片验证了药物的安全性，体现了转化医学思维。同时，研究也客观指出了其局限性，如使用细胞系而非原代类器官，以及IL-17C的蛋白层面验证尚待完成。未来，研究团队计划开发整合肠、肝、肺、心的多器官微生理系统，以更全面地评估中药的多靶点效应。