人工模擬胃腸道模型在食源性致病菌異質(zhì)性研究中的應(yīng)用進展

趙 偉，王揚眉，潘迎捷,2,3，趙 勇,2,3,*，劉海泉,2,3,4,*

（1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海 201306；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室（上海），上海 201306；4.上海海洋大學(xué)食品熱加工工程技術(shù)研究中心，上海 201306）

食源性致病微生物是影響人類健康及生命安全的一大因素[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織報告顯示，全球每年發(fā)生的6億多起食品安全事件導(dǎo)致約42萬 人死亡，其中40%的食源性疾病患者為5 歲以下兒童，每年約有12.5萬 例兒童患者死亡[2]。食源性致病微生物帶來的食品安全問題已成為全球關(guān)注的熱點和難點問題[3]。在日常生活中，人類誤食攜帶食源性致病微生物的食品后，會產(chǎn)生腹瀉、嘔吐、發(fā)燒等臨床癥狀，更嚴(yán)重者會出現(xiàn)反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎、心臟病等疾病。

面對食源性致病菌的巨大危害，研究人員通過建立風(fēng)險評估體系來預(yù)防和降低其影響，但在此過程中，發(fā)現(xiàn)某些食源性致病菌在同樣的處理條件下所產(chǎn)生的差異性會對已經(jīng)建立的風(fēng)險評估體系造成一定的影響。Murphy等[4]在1998年最早提出菌株異質(zhì)性的概念，他們指出菌株異質(zhì)性能真實地反映種群的差異性，且微生物異質(zhì)性的概念也在后續(xù)的研究中得到逐漸完善，一般是指同一微生物即使在實驗室中通過單克隆培養(yǎng)后，最終群體中的每個細(xì)胞間都可能在遺傳、生理和生長行為等方面表現(xiàn)出廣泛的差異性[2,5]。食源性致病菌表現(xiàn)出的異質(zhì)性（耐藥異質(zhì)性、耐受異質(zhì)性、毒力異質(zhì)性等）會造成風(fēng)險評估的不確定性和變異性，尤其會增加在工業(yè)生產(chǎn)中殺菌以及臨床治療的難度，最終對危害特征描述甚至微生物風(fēng)險評估過程的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響[6]，直接影響到人類的健康。

目前國內(nèi)關(guān)于食源性致病菌異質(zhì)性的研究相對較少，能夠運用于研究異質(zhì)性而建立的模型更是少之又少。因此，建立相應(yīng)的模型來研究異質(zhì)性迫在眉睫，而在人體胃腸道中探究其耐受、耐藥異質(zhì)性，有助于直接揭示食源性致病菌異質(zhì)性對風(fēng)險評估的影響以及其致病機理。為盡早預(yù)測這種異質(zhì)性以及為應(yīng)對異質(zhì)性挑戰(zhàn)提前做準(zhǔn)備，本文詳細(xì)總結(jié)了使用人工模擬胃腸道模型來研究食源性致病菌異質(zhì)性的應(yīng)用進展，以期能夠更好地利用其仿生消化系統(tǒng)以及能夠連續(xù)取樣和監(jiān)測、成本低、效率高、重復(fù)性好且無體內(nèi)實驗涉及到的倫理限制等優(yōu)點來探究食源性致病菌在人體胃腸道內(nèi)的異質(zhì)性及其致病機理，為解決食源性致病菌引發(fā)的食品安全問題提供科學(xué)依據(jù)，并從源頭上有效控制食源性致病菌的致病風(fēng)險。

1 模擬胃腸道模型

1.1 動物感染模型

人體胃腸道是一個相對復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括胃、小腸以及大腸，且人體胃腸道微生物種類繁多、數(shù)量巨大[7-9]（圖1）。人類胃腸道的疾病機制十分復(fù)雜，在理想情況下，食源性致病菌研究應(yīng)該結(jié)合臨床實驗開展，然而由于消化道結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)雜性以及臨床研究重復(fù)性差、成本高、周期長、工作量大等原因，臨床經(jīng)驗的積累在時間和空間上都存在很大的局限性，且許多實驗在倫理上也受到限制；同時由于人類腸道微生物的復(fù)雜性，許多微生物功能方面的問題也急需解決，因此結(jié)合臨床實驗開展食源性致病菌的研究進展緩慢[10]。基于上述情況，動物感染模型應(yīng)運而生，目前動物生理學(xué)、動物病理學(xué)和動物治療學(xué)等研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了動物模型。在自然條件下，研究人員主要利用動物模型進行間接研究，有目的地篩選不易排除的因素，從而更加準(zhǔn)確地觀察實驗的結(jié)果，并與實際的人類胃腸道疾病比較，準(zhǔn)確地了解人類疾病的病理機制。一般情況下，動物模型可以分為靈長類動物、雪貂、貓、犬、嚙齒類動物、豬等幾類[11]，可廣泛應(yīng)用于探究食源性致病微生物在人體胃腸道的感染機理。在眾多的食源性致病菌中，革蘭氏陰性微需氧菌幽門螺桿菌（Helicobacter pylori）是常見的存在于人類胃腸道中的食源性致病菌[12]，它在胃內(nèi)定植可引起人體不同的病理改變，包括胃炎、消化性潰瘍、黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤、癌前病變和胃腺癌[9]。自1983年發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌以來，研究人員一直致力于在動物體內(nèi)模擬其感染人致病的過程、分析腸道菌群的變化及進行開發(fā)疫苗的研究[11-13]，也將多種動物模型應(yīng)用于其致病機理的探究。其中，Suganya等[13]利用幽門螺桿菌悉尼菌株在胃內(nèi)的定植構(gòu)建了幽門螺桿菌感染小鼠模型，以探究一種熱滅活全細(xì)胞疫苗治療幽門螺桿菌的可能性；Miszczyk等[14]構(gòu)建了一個慢性幽門螺旋桿菌感染大鼠模型，用于探究胃微循環(huán)變化以及植物產(chǎn)品對慢性胃炎的治療效果；Memariani等[15]利用幽門螺桿菌悉尼菌株在胃中定植建立了一種大鼠幽門螺桿菌感染模型，用于研究大西洋黃連木精油對消化性潰瘍的治療效果；Rong Qian等[16]通過構(gòu)建豬模型，發(fā)現(xiàn)青牛膽在體內(nèi)和體外對幽門螺桿菌均有較強的抑殺作用；Mathur等[17]將人源化小腸上皮細(xì)胞的小鼠模型首次應(yīng)用于沙門氏菌疫苗研制的研究中；Lu Shuaiyao等[18]選用了非人靈長類動物2個家族（舊大陸猴和新大陸猴）中的3個常用品種（恒河猴、食蟹猴和狨猴）進行SARS-CoV-2的感染，比較了3個品種非人靈長類動物在感染SARS-CoV-2后的臨床癥狀、病毒在體內(nèi)的復(fù)制和分布以及宿主對病毒感染的反應(yīng)。

圖1 人體胃腸道模型及腸道菌群密度分布示意圖[7,17-18]Fig. 1 Schematic diagram of the human gastro-intestinal tract model with the density distribution of intestinal flora[7,17-18]

雖然過去很多學(xué)者將動物感染模型廣泛應(yīng)用于食源性致病菌以及流行病毒的研究中，但是動物感染模型仍然存在很大的局限性。理想的動物模型應(yīng)該和人類具有相同的感染途徑、發(fā)病率、死亡率、腸道菌群等，感染性動物模型畢竟是利用動物通過人工感染方式進行模擬研究，尤其是通過人源性病原體感染動物往往不會得到和人完全相同的病程，這也是感染動物模型最大的應(yīng)用局限性；因此，通過實驗動物模型得到的研究結(jié)果必須經(jīng)過慎重地對比才能類推到人類。動物模型的局限性一般包括以下幾個方面：1）動物和人體存在較大差異，可能使同一病原體在不同的機體中表現(xiàn)不同。人類在遺傳背景、生理基礎(chǔ)、生活環(huán)境等方面和動物都有一定的區(qū)別，選擇進化樹和人類接近的動物，可能更能表現(xiàn)出疾病的類似性；2）動物種類和等級的限制等因素影響動物模型，不同的動物遺傳和生物學(xué)特性不同，對病原和致病菌感染會有不同的表現(xiàn)，不同種屬、品種、品系動物存在的個體差異也會影響模型的一致性；3）微生物的生物學(xué)特性會對模型產(chǎn)生極大的影響?？傊?，運用動物模型研究食源性致病菌雖然可以避免倫理問題，但是無法真實地顯示飲食、基因型或環(huán)境因素對人體胃腸道微生物組成的影響，而且物種間存在差異性，通過動物模型所得到的實驗結(jié)果多數(shù)與臨床結(jié)果不一致，其并不完全具備典型性；因此從普通動物模型中得到的結(jié)論不能直接類推到人體，無法準(zhǔn)確反映人體腸道菌群的真實情況，這也成為未來需要解決的一個重要科學(xué)問題。

1.2 人工模擬胃腸道模型

人工模擬胃腸道模型是在實驗室的條件下，通過模擬人體消化過程中化學(xué)和物理的變化及生物的作用，分析食源性致病菌的耐受異質(zhì)性及致病機理，為后期研發(fā)疫苗提供實驗基礎(chǔ)[19]。

1.2.1 靜態(tài)胃腸道模型

靜態(tài)胃腸道模型在食源性致病菌的研究中應(yīng)用廣泛，主要通過模擬胃腸道環(huán)境來探究食源性致病菌在人體消化過程中的耐受性和異質(zhì)性。Jiang Lingli等[20]利用體外模擬胃腸道模型研究了單核細(xì)胞增生李斯特菌在胃液中的存活情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單核細(xì)胞增生李斯特菌無法在pH值為2.5和3.0的胃液中存活。Vaz等[21]研究了在模擬胃腸道條件下（在有食物的情況下）葡萄酒對蠟狀芽孢桿菌存活性的影響，發(fā)現(xiàn)除了合成胃液的作用外，葡萄酒會大大減少蠟狀芽孢桿菌活菌的數(shù)量。關(guān)小鶯等[22]以干酪乳桿菌發(fā)酵荔枝汁為研究對象，在人工胃液、腸液環(huán)境下對干酪乳桿菌的存活情況進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干酪乳桿菌在人工腸胃液中具有較強的耐受能力。Wijnands等[23]使用體外靜態(tài)模型對沙門氏菌在模擬胃液中的存活情況進行了研究。André等[24]利用體外胃腸道模型模擬食物在胃中的消化過程并創(chuàng)建了新的消化方法（INFOGEST 2.0）。Roussel等[25]運用體外靜態(tài)模型對成年人及兒童胃腸道環(huán)境進行模擬，探究食源性致病菌在不同年齡段人群胃腸道中耐受性的差異。靜態(tài)模型是目前體外模型中應(yīng)用最為廣泛的消化模型，主要適用于局部消化的研究，其操作比較簡單，但是靜態(tài)模型不能模擬胃腸道的蠕動以及觀察食源性致病菌在人體胃腸道發(fā)生的物理化學(xué)和生物變化[26]。

1.2.2 動態(tài)胃腸道模型

動態(tài)模型是在靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，目前主要開發(fā)出3 種動態(tài)模型。動態(tài)模型的優(yōu)勢在于不僅能模擬胃腸道中物理和化學(xué)變化過程，而且可以顯示不同消化時間下發(fā)生的變化，也可以用于研究食源性致病菌的致病機理。

動態(tài)胃模型（dynamic gastric model，DGM）是目前使用較多的模擬胃內(nèi)部消化的單室動態(tài)模型[27]。DGM由2個連續(xù)的隔室組成，第一階段主要模擬食品樣品在胃中的剪切、混合等物理過程，然后將處理好的食物經(jīng)過特異性胃排空到第二階段的胃竇中[28]，此部分是胃消化過程中的關(guān)鍵“加工站”，但它無法準(zhǔn)確地模擬消化過程中胃部的動態(tài)蠕動；而人體胃模擬器（human gastric simulator，HGS）是一種用于研究食物消化的體外胃模型，它能夠模擬胃壁的連續(xù)蠕動，具有與體內(nèi)胃腸道相似的收縮力和頻率[29]，此外還結(jié)合了胃液分泌、排空系統(tǒng)和溫度控制，可以準(zhǔn)確模擬動態(tài)消化過程，詳細(xì)分析攝入食品的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化[30]，其最大的優(yōu)勢在于胃壁的蠕動收縮力和收縮頻率均可靈活調(diào)節(jié)，且與體內(nèi)數(shù)據(jù)近似[31]。

DGM和HGS雖然非常適合胃部體外消化研究，但相對于整個消化系統(tǒng)而言，僅提供了局部胃處理過程的實驗結(jié)果，無法完全模擬整個消化過程中的連續(xù)變化，為了克服這個缺點，雙室和多室動態(tài)模型應(yīng)運而生。由荷蘭國家應(yīng)用科學(xué)研究院（The Netherlands Organization for Applied Scientific Research，TNO）開發(fā)的TNO胃腸道模型1（TNO gastro-intestinal model 1，TIM1）是目前最接近真實人體胃腸道消化的體外動態(tài)雙室模型，主要分為5個部分，包括消化道的胃、十二指腸、空腸、回腸和結(jié)腸，每一部分均用柔性膜來模擬對應(yīng)的消化道場所[32]。TIM1系統(tǒng)能夠模擬人體胃腸道中的大多數(shù)參數(shù)，如胃排空、人體溫度、胃腸液的pH值變化、胃腸的消化時間等。TNO胃腸道模型2（TNO gastro-intestinal model 2，TIM2）在TIM1的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來，增加了模擬腸道微生物的功能[33]，可以模擬人體不同代謝階段的消化情況。

腸道微生物模擬系統(tǒng)[34]（simulated human intestinal microbial ecosystem，SHIME）是一個模擬人類胃腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)的五級反應(yīng)器，利用兩級“填充和拉伸”系統(tǒng)模擬小腸，利用三級反應(yīng)系統(tǒng)來模擬大腸，并通過監(jiān)測發(fā)酵通量以及產(chǎn)物情況來驗證整個系統(tǒng)，分析體內(nèi)胃腸道微生物群落的多樣性和活性。

體外動態(tài)胃腸道模型普遍具有操作簡單、重復(fù)性良好、可實時監(jiān)控且可根據(jù)實驗?zāi)康母淖儗嶒灄l件等優(yōu)點，但同時存在設(shè)備價格昂貴、系統(tǒng)內(nèi)部不易清潔以及無法切實模擬消化過程中激素分泌和反饋調(diào)節(jié)等缺點。因此，想要人工模擬胃腸道模型能夠達(dá)到完全模擬人體消化過程仍然是一個挑戰(zhàn)，需要更先進的科學(xué)技術(shù)加以輔助與驗證。表1詳細(xì)比較了不同胃腸道模型的優(yōu)劣勢。

表1 不同的胃腸道模型的比較Table 1 Comparison of different gastrointestinal tract models

2 應(yīng)用人工模擬胃腸道模型探究食源性致病菌的異質(zhì)性

異質(zhì)性是微生物在復(fù)雜多變環(huán)境中生存的一種策略，在表型和遺傳等方面表現(xiàn)出差異，使微生物能夠在一定的生存環(huán)境中選擇特定的生存方式（與生存環(huán)境的變化協(xié)調(diào)一致），從而表現(xiàn)出該微生物的多樣性。通常來說，生長行為表現(xiàn)出的差異性被稱為生長異質(zhì)性[35-36]；不同環(huán)境和食品中分離的微生物，其耐藥性、生理特性等具有顯著的差異，屬于典型的表型異質(zhì)性。而同一菌株的不同單細(xì)胞，其毒力和致病性亦存在差異，且具有多樣性，在不同環(huán)境條件下表現(xiàn)出不同的生長速率、生物被膜的形成能力以及耐藥性等，這種廣度的異質(zhì)性使得菌株對環(huán)境產(chǎn)生不同的適應(yīng)性和抗性[37-39]。目前，國內(nèi)的大部分報道主要集中于在體外研究單因素（不同溫度、鹽度、pH值等）條件下食源性致病菌表現(xiàn)出的異質(zhì)性，而聚焦于人體胃腸道環(huán)境下進行食源性致病菌異質(zhì)性的研究相對較少。因此，應(yīng)用人工模擬胃腸道模型來探究食源性致病菌的異質(zhì)性具有重大的科學(xué)意義。

2.1 應(yīng)用人工模擬胃腸道模型探究食源性致病菌耐受異質(zhì)性

2.1.1 應(yīng)用人工模擬胃腸道模型探究大腸桿菌耐受異質(zhì)性

微生物的培養(yǎng)生長一般可分為4個時期：延滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期及衰亡期。食源性致病菌的生長異質(zhì)性可能會出現(xiàn)在任何一個生長時期，其產(chǎn)生的主要原因是致病菌不管是在延滯期的適應(yīng)過程、對數(shù)生長期的生長過程、穩(wěn)定期的動態(tài)平衡過程還是在衰亡期的負(fù)生長過程，都會因為生長環(huán)境的脅迫在生長速率、傳代時間、耐受性及生長極限等方面表現(xiàn)出較大的差異性[40]。由TNO構(gòu)建的TNO腸道模型TIM最初用于藥物活性的動態(tài)測試，是一種計算機多單元控制的體外消化模擬系統(tǒng)，現(xiàn)如今廣泛應(yīng)用于探究食源性致病菌生長異質(zhì)性。Miszczycha等[41]將大腸桿菌O26:H11和大腸桿菌O157:H7接種于生牛乳，并將其發(fā)酵制作為奶酪，隨后用TIM1系統(tǒng)研究奶酪中的大腸桿菌在模擬消化過程中的存活率變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在通過人工胃和十二指腸的過程中，大腸桿菌存活水平降低；在胃隔室150 min后大腸桿菌O157:H7、大腸桿菌O26:H11的回收率分別為0.2%和1.8%，在回腸隔室中發(fā)現(xiàn)大腸桿菌O26:H11的存活率是大腸桿菌O157:H7的13 倍。由實驗結(jié)果可知，同種屬菌株間對模擬消化液的耐受性存在很大的差異性，表明同菌株間生長特性存在異質(zhì)性，這種異質(zhì)性的存在豐富了對菌株的研究內(nèi)容，同時為研究食源性致病菌在胃腸道中的耐受異質(zhì)性提供了理論基礎(chǔ)。不同年齡層次的人群對菌株的耐受異質(zhì)性同樣存在差異。Roussel等[25]利用TIM研究大腸桿菌O157:H7在成人和兒童胃腸道消化條件下的存活率及毒力變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大腸桿菌O157:H7的生長異質(zhì)性及致病能力在成人和兒童的胃腸道中有較大差異，大腸桿菌O157:H7在兒童胃腸道中的致病能力以及存活率顯著高于成年人胃腸道。

2.1.2 應(yīng)用人工模擬胃腸道模型探究副溶血性弧菌耐受異質(zhì)性

外部環(huán)境（溫度、鹽度、pH值）和內(nèi)在因素（不同毒力基因型）對食源性致病菌的異質(zhì)性都有一定的影響。王思琦[42]利用人工靜態(tài)模擬消化模型對上海市不同來源的副溶血性弧菌在人體模擬消化過程中的存活率、形態(tài)變化、異質(zhì)性及基因表達(dá)變化進行了驗證性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在人體消化過程中，唾液對副溶血性弧菌無明顯影響，不具備殺菌作用；副溶血性弧菌在胃液中存活率低，細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，胃是人體對副溶血性弧菌最有效的殺菌部位，致病性（trh+trh+、trh+tdh－、tdh－trh+）和非致病性（trh－tdh－）菌株的存活率存在顯著差異（致病性菌株的存活率顯著高于非致病性菌株）。Wang Yangmei等[43]首先通過模擬人體胃液探究50 株副溶血性弧菌在37 ℃下的生長異質(zhì)性，其次研究了致病性和非致病性副溶血性弧菌在模擬人體胃液條件下的變異系數(shù)，結(jié)果表明，模擬人體胃液處理顯著提高了致病菌株的最大生長速率，縮短了延滯期的時間；而非致病菌株的最大生長速率降低，延滯期時間延長。同時致病基因型（tlh+/tdh+/trh－）菌株的變異系數(shù)明顯升高，說明致病基因型（tlh+/tdh+/trh－）的菌株對模擬胃液有較強的適應(yīng)性，結(jié)果表明副溶血性弧菌對模擬胃液表現(xiàn)出明顯不同的耐受性和生長異質(zhì)性。王思琦等[44]將濃度為107CFU/g的副溶血性弧菌接種于三文魚和南美白對蝦中，運用體外人胃仿生原位消化系統(tǒng)進行消化模擬，在食物消化120 min進入腸道后，副溶血性弧菌并沒有完全被胃酸殺滅，這表明副溶血性弧菌可隨食物基質(zhì)的消化分解通過胃排空進入腸道，從而避免胃酸的殺滅并導(dǎo)致人體患病，初步揭示了副溶血性弧菌在人體消化道中的耐受性及致病機理。副溶血性弧菌的存活異質(zhì)性受胃腸道的影響很大，江明倫等[45]等探究了3 株副溶血性弧菌在經(jīng)酸處理后在模擬胃腸道環(huán)境中的存活情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 株菌表現(xiàn)出不同的耐受性，其中兩株副溶血性弧菌的存活率較高，另一株沒有顯著變化。

2.2 食源性致病菌耐藥異質(zhì)性的探究方法

致病菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性是對人類健康的全球性威脅。近幾年的一些研究表明，致病菌的耐藥異質(zhì)性發(fā)生率很高，并且最終會導(dǎo)致臨床抗感染治療的失敗。雖然有很多檢測致病菌耐藥異質(zhì)性的方法，如菌譜型分析法、瓊脂稀釋法、微量肉湯稀釋法、分子檢測法、群體-曲線下面積法及藥敏紙片擴散法等，但是致病菌的耐藥異質(zhì)性如何在腸道中導(dǎo)致治療失敗的原因并沒有得到詳細(xì)的研究[46]。菌株耐藥異質(zhì)性主要可以分為對不同種類抗生素的耐藥性（即單一抗生素耐藥性或多重抗生素耐藥性）以及對同種抗生素耐藥劑量的差異[47],若食源性致病菌產(chǎn)生耐藥異質(zhì)性，則會導(dǎo)致原來的抗生素以及抗生素用量無法產(chǎn)生效用，致使臨床治療失敗。目前，只有少數(shù)的動物感染模型被應(yīng)用于探究致病菌耐藥異質(zhì)性和臨床治療失敗之間的關(guān)系。Band等[48]利用小鼠模型研究了陰溝腸桿菌耐藥亞群介導(dǎo)的抗生素失效，在小鼠感染但沒有黏菌素治療的情況下，小鼠的先天性免疫防御系統(tǒng)導(dǎo)致耐藥亞群的數(shù)量增加，使得分離菌株產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致隨后的黏菌素治療失效，同時在黏菌素治療期間，耐藥亞群的數(shù)量也上升了。Band等[49]在另一項研究中發(fā)現(xiàn)小鼠在感染對黏菌素敏感的菌株（肺炎克雷伯氏菌GA65146）后未經(jīng)黏菌素治療會死亡，通過黏菌素治療后能夠存活。但感染了任何一種耐藥異質(zhì)性菌株（肺炎克雷伯氏菌Mu9或Mu156）的小鼠即使在黏菌素治療的情況下也無法存活。這兩項研究都是利用小鼠模型證明了菌株的耐藥異質(zhì)性會導(dǎo)致黏菌素臨床治療失敗，且表明小頻率（10－6～10－2之間）耐藥亞群的持續(xù)存在會導(dǎo)致治療失敗。除了小鼠模型之外，其他動物感染模型和人工模擬胃腸道模型也被用來研究菌株的耐藥異質(zhì)性，例如Nicoloff等[50]用兔心內(nèi)膜炎模型證明了萬古霉素治療失敗與兩種異質(zhì)性萬古霉素中介金黃色葡萄球菌分離株有關(guān)。Pierre等[51]使用大鼠模型，在其皮下植入耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌MRGR3，經(jīng)2 mg/L的替考拉寧或范康霉素作用約12 h后，大鼠模型中沒有出現(xiàn)明顯的糖肽抗性亞群，但未經(jīng)抗生素治療的大鼠模型3 周后出現(xiàn)了糖肽抗性亞群，表明在一定的人體胃腸道條件下可能會提高糖肽抗性亞群出現(xiàn)的頻率。Yun等[52]利用人體胃腸道消化模型探究胃腸道的消化環(huán)境對抗生素濃度的影響以及金黃色葡萄球菌RN4220經(jīng)人體外消化后對四環(huán)素、氧氟沙星和青霉素3 種抗生素耐藥性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)人體消化后金黃色葡萄球菌RN4220對3 種抗生素的耐藥性增強。除了動物模型的研究，藥效學(xué)模型也可以預(yù)測耐藥異質(zhì)性可能導(dǎo)致治療失敗。在一項研究中，研究人員通過構(gòu)建4 種不同推薦劑量方案的體外藥動學(xué)-藥效學(xué)模型，觀察24 h后兩株耐藥異質(zhì)性鮑曼不動桿菌菌株對黏菌素耐藥性的變化，黏菌素干預(yù)初期兩株耐藥異質(zhì)性鮑曼不動桿菌大量死亡，6 h后這兩種菌株開始迅速生長[53]。

3 結(jié) 語

食源性致病菌是影響食品安全的主要因素之一，而其異質(zhì)性會對風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性產(chǎn)生極大的影響，但目前對異質(zhì)性的研究不夠重視，因此迫切需要研究食源性致病菌的異質(zhì)性并完善微生物風(fēng)險評估體系。通過對動物模型和體外人工模擬胃腸道模型進行比較，發(fā)現(xiàn)人工模擬胃腸道模型可以針對不同年齡、不同患病情況的病人進行獨立實驗設(shè)計，其操作相對簡便，屬于機械性的體外模擬。已有學(xué)者將動態(tài)模型運用于探究副溶血性弧菌和大腸桿菌的耐受異質(zhì)性從而構(gòu)建更加全面系統(tǒng)的食品安全風(fēng)險精準(zhǔn)評估體系。但目前人工模擬胃腸道模型在食源性致病菌異質(zhì)性研究的應(yīng)用仍存在許多不足，今后人工模擬胃腸道模型的研發(fā)方向和應(yīng)用范疇?wèi)?yīng)關(guān)注以下問題：1）開發(fā)更加接近人體實際情況的體外胃腸道模型并不斷完善人工模擬胃腸道模型的標(biāo)準(zhǔn)。體外胃腸道模型最大的優(yōu)點在于不涉及倫理道德問題，可以根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)模擬胃腸道的條件，具有操作簡單、重復(fù)性好、可以實時監(jiān)控等優(yōu)勢。但是目前已經(jīng)開發(fā)的人工模擬胃腸道模型和人體的真實胃腸道還是存在很大的差異，導(dǎo)致一部分的實驗結(jié)果不具有代表性，而且模擬胃腸道模型缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很多實驗參數(shù)存在很大的差異性，所得到的實驗結(jié)果不能進行系統(tǒng)性分析。因此，在后續(xù)的研究中，應(yīng)不斷完善人工模擬胃腸道模型，使其不斷接近人體胃腸道的真實狀態(tài)，同時不斷完善人工模擬胃腸道模型的標(biāo)準(zhǔn)。2）綜合運用新興的科學(xué)技術(shù)構(gòu)建新型的人工模擬胃腸道模型。未來，人工智能將作為相關(guān)醫(yī)學(xué)研究的常規(guī)工具[54]。在后續(xù)的研究中可將仿生學(xué)和人工智能結(jié)合來研究食源性致病菌的異質(zhì)性。3）建立特異性人工模擬胃腸道模型研究食源性致病菌。在目前存在的人工模擬胃腸道模型中，多數(shù)是針對健康的成年人設(shè)計的，而人體胃腸道動力以及生化環(huán)境會受到年齡以及性別等因素的影響，面對這樣的情況，應(yīng)該設(shè)計和構(gòu)建符合特異性人群的胃腸道模型來研究食源性致病菌的異質(zhì)性。