我们的鼻腔内栖息着多种细菌。某些细菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）或肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）可能引发严重感染，尤其当细菌产生抗生素耐药性时。而另一些细菌如较少被认知的多洛西格兰鲁姆·皮格鲁姆（Dolosigranulum pigrum）通常存在于健康鼻腔中，或可帮助抵御有害细菌。
为深入理解不同细菌如何与人类鼻腔内壁相互作用，贝勒医学院研究人员采用微型鼻腔模型研究细菌在鼻道中的生存机制。
“我们使用了人类鼻腔类器官（HNOs），这是一种实验室培养的细胞层，类似于覆盖鼻腔内壁的组织，也是鼻腔细菌与人体首次接触的部位，”贝勒医学院儿科传染病与分子病毒学及微生物学副教授、通讯作者凯瑟琳·P·莱蒙博士表示，“在人体中，鼻腔内壁细胞（即上皮）一侧暴露于空气，另一侧连接血液循环系统。我们通过贝勒医学院3D类器官核心培育的HNO培养物成功模拟了这一结构。”
该核心研究人员通过鼻腔拭子采集上皮细胞并在实验室培养。部分细胞可无限期存活，便于储存成为长期研究资源。随后，核心将这些细胞培养于提供气液界面的组织培养板上：上皮顶部暴露于空气，底部浸润在为细胞提供营养的液体中。
“相较于癌症衍生细胞系或动物模型等其他实验室模型，HNOs具备多重优势：它们高度模拟真实人类鼻腔组织，可多年重复用于多项实验，并反映人类供体的遗传多样性。”
利用该模型，第一作者安德烈亚·I·博伊德和莉亚·A·卡弗（莱蒙实验室的研究生）及其同事研究了不同类型细菌——金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌和多洛西格兰鲁姆·皮格鲁姆——如何独立定植鼻腔上皮细胞，以及这些细胞对细菌的响应机制。
研究人员在美国微生物学会期刊《mSphere》中报告，所有三种细菌均能在HNOs上定植且未造成显著损伤。它们停留于黏液层中，未侵入细胞。这一点至关重要，因为定植（表面生存）与感染（侵入并损伤组织）存在本质区别。HNOs对细菌耐受性良好，仅表现出轻微的细胞应激迹象。
“三种细菌定植后触发了鼻腔细胞不同的免疫反应，”莱蒙解释道。
例如，金黄色葡萄球菌引发强烈反应，促使鼻腔上皮细胞产生白细胞介素-1（一种细胞因子或信号分子），该分子可触发免疫系统应对有害微生物等威胁。肺炎链球菌则提升另一种细胞因子CXCL11的水平，该分子同样参与免疫反应。这表明即使未造成损伤，定植细菌仍能激活免疫系统。
另一方面，有益菌多洛西格兰鲁姆·皮格鲁姆降低了名为CXCL10的细胞因子的产生。该分子参与炎症和免疫反应，CXCL10水平降低或有助于减少有害炎症，暗示多洛西格兰鲁姆·皮格鲁姆可能具有保护作用。所有三种细菌（无论活性或灭活状态）均增加了G-CSF和CCL20等特定细胞因子的产生，这些分子可招募中性粒细胞和淋巴细胞等免疫细胞至定植部位。
“当人们问我‘你的研究内容是什么？’时，我通常回答‘我研究有益细菌如何将有害细菌阻挡在人类鼻腔之外’。HNO模型为深入研究儿童和成人中这些细菌相互作用提供了新途径，可用于测试不同菌株行为、多物种交互方式，以及鼻腔微生物群如何影响慢性鼻窦炎或呼吸道感染等疾病。”
参考文献： Boyd AI, Kafer LA, F. Escapa I, et al. 鼻腔微生物群在人类鼻腔上皮类器官中的差异定植与细胞因子诱导. mSphere. 2025;0(0):e00493-25.
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