胃类器官 (Gastric Organoids) 研究报告

报告生成日期： 2026 年 3 月 21 日
研究类型： 文献综述与技术分析

摘要

胃类器官是从成体胃干细胞或诱导多能干细胞 (iPSCs) 衍生而来的三维体外培养系统，能够模拟胃组织的结构和功能。自 2010 年首次建立以来，胃类器官技术已成为研究胃发育、疾病建模、药物筛选和感染生物学的重要工具。本报告系统总结了胃类器官的历史发展、细胞来源、培养方法、结构特征、应用领域及局限性。

1. 历史发展

1.1 首次建立

2010 年 - 成体胃干细胞类器官首次建立

• Barker N 团队 在 Cell Stem Cell 发表里程碑论文，首次从小鼠和人类胃组织中分离 Lgr5+ 胃干细胞，并在体外建立长期培养的胃类器官
• 文献： Barker N, Huch M, Kujala P, et al. Lgr5(+ve) stem cells drive self-renewal in the stomach and build long-lived gastric units in vitro. Cell Stem Cell. 2010 Jan 8;6(1):25-36. doi: 10.1016/j.stem.2009.11.013. PMID: 20085740

2010 年 - iPSC 向胃组织分化早期工作

• Kyle McCracken 和 Jason Wells 团队 开始开发从人 iPSC 分化胃组织的方法
• 文献： McCracken KW, Howell JC, Wells JM, Spence JR. Generating human intestinal tissue from pluripotent stem cells in vitro. Nat Protoc. 2011 Nov-Dec;6(12):1920-8. doi: 10.1038/nprot.2011.410. PMID: 22134124

2014 年 - iPSC 来源胃类器官正式建立

• McCracken KW 等 在 Nature 发表人 iPSC 来源胃类器官 (hGOs) 的建立方法
• 文献： McCracken KW, Catá EM, Crawford CM, et al. Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids. Nature. 2014 Dec 18;516(7531):400-4. doi: 10.1038/nature13863. PMID: 25363776

1.2 关键里程碑 (2010-2025)

1.3 代表性研究团队

2. 细胞来源

2.1 细胞类型

(1) 成体胃干细胞 (Lgr5+)

• 来源： 胃黏膜隐窝底部
• 标志物： Lgr5, Sox2, Olfm4
• 特点： 自我更新能力强，可长期传代
• 适用： 正常胃生理研究、幽门螺杆菌感染模型

(2) 诱导多能干细胞 (iPSCs)

• 来源： 体细胞重编程
• 特点： 可分化为各种胃上皮细胞类型
• 适用： 发育研究、遗传性疾病建模、个性化医疗

(3) 胎儿胃组织

• 来源： 胚胎/胎儿胃组织
• 特点： 发育潜能高
• 适用： 发育生物学研究

2.2 诱导方法

成体胃干细胞分离与维持

1. 组织获取： 胃黏膜活检或手术标本
2. 酶消化： Collagenase/Dispase 消化
3. 隐窝分离： 机械分离 + 过滤
4. 干细胞富集： FACS 分选 Lgr5+ 细胞 (可选)
5. 基质胶包埋： Matrigel 液滴培养
6. 培养基添加： 含 Wnt3a, R-spondin1, Noggin, EGF 等因子

iPSC 向胃组织分化

完整分化方案时间线：

2.3 关键因子及浓度

2.4 常用细胞系来源

• iPSC 系： WiCell (WA01/H1, WA09/H9), CRL-1502 (BJ fibroblasts 重编程)
• 胃癌细胞系： AGS, MKN-28, MKN-45, NCI-N87 (用于对比研究)
• 原代胃类器官： 可从患者活检直接建立

3. 培养方法（核心内容）

3.1 成体胃类器官培养基配方

基础培养基： Advanced DMEM/F12

添加物：

注意： 商业化培养基如 IntestiCult Organoid Growth Medium (StemCell Technologies) 也可用于胃类器官培养，但可能需要优化。

3.2 传代周期与关键时间点

3.3 基质胶 (Matrigel) 使用

Matrigel 浓度与方法：

• 类型： Matrigel Growth Factor Reduced (GFR)
• 浓度： 100% (原液) 用于包埋
• 液滴大小： 20-50 μL/孔 (24 孔板)
• 细胞密度： 500-2000 个隐窝或类器官/液滴
• 包埋方法：
  1. 预冷 24 孔板和枪头
  2. 细胞与 Matrigel 混合
  3. 滴加至孔板中央
  4. 37°C 聚合 10-15 分钟
  5. 沿孔壁缓慢添加预热培养基 500 μL

3.4 胃底 vs 胃窦类器官诱导

胃底 (Corpus) 类器官：

• 标志物： Pepsin C, MUC5AC, H+/K+ ATPase
• 关键因子： 较高 Wnt 信号，低 BMP
• 分化条件： Retinoic Acid 处理促进胃底特化

胃窦 (Antrum) 类器官：

• 标志物： Gastrin, MUC5AC, Sox2 (高表达)
• 关键因子： 低 Wnt，适度 BMP 信号
• 分化条件： BMP4 适度激活促进胃窦命运

分离方法： 可通过物理分离胃底和胃窦组织分别培养，或通过 iPSC 分化条件调控区域特异性。

3.5 完整 iPSC 到胃类器官 Protocol

Day 0-3: 定形内胚层 (Definitive Endoderm)

• 培养基：RPMI 1640 + B27 + Activin A (100 ng/mL) + Wnt3a (100 ng/mL)
• 标志物检测：Sox17+, FoxA2+

Day 3-7: 前肠 (Foregut)

• 培养基：Advanced DMEM/F12 + B27 + N2 + KGF (100 ng/mL) + Noggin (100 ng/mL)
• 标志物检测：Sox2+, FoxA2+, HNF4α+

Day 7-14: 胃特化 (Gastric Specification)

• 培养基：Advanced DMEM/F12 + B27 + N2 + KGF (100 ng/mL) + FGF10 (100 ng/mL) + Retinoic Acid (1 μM) + 低剂量 BMP4 (10 ng/mL)
• 标志物检测：Sox2+, HNF4α+, Barx1+

Day 14-28+: 胃类器官成熟

• 培养基：Advanced DMEM/F12 + B27 + N2 + Wnt3a + R-spondin1 + Noggin + EGF + FGF10
• 3D 包埋于 Matrigel
• 标志物检测：Lgr5+, Pepsin C+, MUC5AC+, MUC6+

4. 发育时间

4.1 总周期

4.2 关键节点时间

iPSC 分化路径：

• 定形内胚层： Day 3 (Sox17+, FoxA2+)
• 前肠形成： Day 7 (Sox2+, FoxA2+)
• 胃特化： Day 14 (Sox2+, HNF4α+, Barx1+)
• 胃腺体形成： Day 21-28 (腔体形成，出芽)
• 功能成熟： Day 28+ (分泌功能建立)

4.3 成熟标志物表达时间

5. 结构特征

5.1 细胞类型组成

注意： 比例因培养条件和来源而异，未找到统一标准数据。

5.2 组织结构

• 胃腺体结构： 类器官形成中央腔体，周围环绕上皮细胞
• 出芽 (Budding)： 活跃增殖区域形成出芽结构，含干细胞
• 腔体 (Lumen)： 中央空腔，可分泌黏液和酶
• 极性： 顶 - 基底极性建立，类似体内胃上皮

5.3 尺寸范围

• 直径： 100-500 μm (成熟类器官)
• 腔体大小： 50-200 μm
• 出芽数量： 2-10 个/类器官 (活跃生长时)

5.4 功能特性

6. 主要应用

6.1 疾病建模

(1) 幽门螺杆菌 (H. pylori) 感染模型

• 应用： 研究感染机制、宿主 - 病原体相互作用
• 方法： 将 H. pylori 直接添加到类器官培养或微注射到腔体
• 文献：
  • McCracken KW et al., Nature 2014 (PMID: 25363776)
  • 多篇后续研究 (2015-2025)

(2) 胃癌建模

• 应用： 研究癌变机制、药物筛选
• 方法： 患者来源异种移植类器官 (PDO)、基因编辑类器官
• 文献：
  • Seidlitz T et al., Gut 2019 (PMID: 29703791) - 20 例胃癌类器官建立
  • Nanki K et al., Cell 2018 (PMID: 30096312) - 胃癌类器官库

(3) CDH1 突变与遗传性弥漫性胃癌 (HDGC)

• 应用： 研究 E-cadherin 缺失导致的癌变
• 方法： CRISPR/Cas9 敲除 CDH1，或患者来源突变类器官
• 文献：
  • Togasaki K et al., Gastroenterology 2021 (PMID: 33217450)
  • Zou G et al., J Exp Med 2024 (PMID: 38411616)
  • Kemp LJS et al., Gut 2025 (PMID: 40169243)

(4) 其他疾病

• 胃炎： 炎症因子处理模拟
• Menetrier 病： 未找到可靠来源
• 药物性胃损伤： NSAIDs 等药物毒性测试

6.2 药物筛选

已发表案例：

• 胃毒性测试： 化疗药物、NSAIDs 对胃类器官的毒性评估
• 靶向治疗筛选： 针对胃癌类器官的药物敏感性测试
• 文献：
  • Peng K et al., Clin Cancer Res 2023 (PMID: 36278961) - FAK 抑制剂筛选
  • Liu W et al., Cell Regen 2025 (PMID: 40299206) - Dasatinib 治疗研究

6.3 感染研究

(1) 幽门螺杆菌

• 研究内容： 粘附、毒素分泌、炎症反应、癌变机制
• 优势： 人源组织，可长期观察感染过程
• 文献： 111 篇相关文献 (PubMed 检索 "gastric organoid H pylori")

(2) 诺如病毒 (Norovirus)

• 研究内容： 病毒感染机制
• 状态： 肠道类器官应用较多，胃类器官应用较少
• 文献： 未找到可靠来源

6.4 具体研究案例

案例 1: 幽门螺杆菌感染建模

• 文献： McCracken KW et al., Nature 2014
• PMID： 25363776
• DOI： 10.1038/nature13863
• 内容： 首次将 H. pylori 感染 iPSC 来源胃类器官，研究细菌粘附和宿主反应

案例 2: 胃癌类器官库建立

• 文献： Seidlitz T et al., Gut 2019
• PMID： 29703791
• DOI： 10.1136/gutjnl-2017-314549
• 内容： 建立 20 例人胃癌类器官，4 例深入分析，模拟胃癌典型特征

案例 3: CDH1 缺失与弥漫性胃癌

• 文献： Togasaki K et al., Gastroenterology 2021
• PMID： 33217450
• DOI： 10.1053/j.gastro.2020.10.047
• 内容： CDH1 敲除类器官研究 Wnt 信号在弥漫性胃癌中的作用

7. 局限性

7.1 技术限制

7.2 与体内差异

7.3 可重复性问题

实验室间差异来源：

• 培养基配方差异 (尤其是生长因子浓度)
• Matrigel 批次差异
• 细胞来源差异 (供体、部位)
• 培养条件 (温度、CO2、湿度)
• 传代方法和频率

改进措施：

• 标准化培养基配方
• 使用无动物成分基质胶
• 建立细胞库和标准化操作程序 (SOP)

8. 权威参考文献

按时间顺序排列 (共 18 篇核心文献)

1. Barker N, Huch M, Kujala P, et al. Lgr5(+ve) stem cells drive self-renewal in the stomach and build long-lived gastric units in vitro. Cell Stem Cell. 2010 Jan 8;6(1):25-36. doi: 10.1016/j.stem.2009.11.013. PMID: 20085740.

2. McCracken KW, Howell JC, Wells JM, Spence JR. Generating human intestinal tissue from pluripotent stem cells in vitro. Nat Protoc. 2011 Nov-Dec;6(12):1920-8. doi: 10.1038/nprot.2011.410. PMID: 22134124.

3. Sato T, Clevers H. Growing self-organizing mini-guts from a single intestinal stem cell: mechanism and applications. Science. 2013 Jun 21;340(6139):1190-4. doi: 10.1126/science.1234853. PMID: 23766318.

4. McCracken KW, Catá EM, Crawford CM, et al. Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids. Nature. 2014 Dec 18;516(7531):400-4. doi: 10.1038/nature13863. PMID: 25363776.

5. Amieva M, Peek RM Jr. Pathobiology of Helicobacter pylori-Induced Gastric Cancer. Gastroenterology. 2016 Jan;150(1):64-78. doi: 10.1053/j.gastro.2015.09.004. PMID: 26385073.

6. Nanki K, Toshimitsu K, Takano A, et al. Divergent Routes toward Wnt and R-spondin Niche Independency during Human Gastric Carcinogenesis. Cell. 2018 Aug 9;174(4):856-869.e17. doi: 10.1016/j.cell.2018.07.027. PMID: 30096312.

7. Seidlitz T, Merker SR, Rothe A, et al. Human gastric cancer modelling using organoids. Gut. 2019 Feb;68(2):207-217. doi: 10.1136/gutjnl-2017-314549. PMID: 29703791.

8. Seidlitz T, Chen YT, Uhlemann H, et al. Mouse Models of Human Gastric Cancer Subtypes With Stomach-Specific CreERT2-Mediated Pathway Alterations. Gastroenterology. 2019 Dec;157(6):1599-1614.e2. doi: 10.1053/j.gastro.2019.09.026. PMID: 31585123.

9. Mentis AA, Boziki M, Grigoriadis N, Papavassiliou AG. Helicobacter pylori infection and gastric cancer biology: tempering a double-edged sword. Cell Mol Life Sci. 2019 Jul;76(13):2477-2486. doi: 10.1007/s00018-019-03044-1. PMID: 30783683.

10. Togasaki K, Sugimoto S, Ohta Y, et al. Wnt Signaling Shapes the Histologic Variation in Diffuse Gastric Cancer. Gastroenterology. 2021 Feb;160(3):823-830. doi: 10.1053/j.gastro.2020.10.047. PMID: 33217450.

11. Cao L, Zhu S, Lu H, et al. Helicobacter pylori-induced RASAL2 Through Activation of Nuclear Factor-kappaB Promotes Gastric Tumorigenesis via beta-catenin Signaling Axis. Gastroenterology. 2022 May;162(6):1716-1731.e17. doi: 10.1053/j.gastro.2022.01.046. PMID: 35134322.

12. Peng K, Zhang F, Wang Y, et al. Development of Combination Strategies for Focal Adhesion Kinase Inhibition in Diffuse Gastric Cancer. Clin Cancer Res. 2023 Jan 4;29(1):197-208. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-22-1609. PMID: 36278961.

13. Zou G, Huang Y, Zhang S, et al. CDH1 loss promotes diffuse-type gastric cancer tumorigenesis via epigenetic reprogramming and immune evasion. J Exp Med. 2024 Apr 1;221(4):e20230561. doi: 10.1084/jem.20230561. PMID: 38411616.

14. Li K, Ma X, Li Z, et al. A Natural Peptide from A Traditional Chinese Medicine Has the Potential to Treat Chronic Atrophic Gastritis by Activating Gastric Stem Cells. Adv Sci (Weinh). 2024 May;11(20):e2304326. doi: 10.1002/advs.202304326. PMID: 38544338.

15. Gregory SN, Davis JL. CDH1 and hereditary diffuse gastric cancer: a narrative review. Chin Clin Oncol. 2023 Jun;12(3):25. doi: 10.21037/cco-23-36. PMID: 37303221.

16. Schaefer A, Hodge RG, Zhang H, et al. RHOA(L57V) drives the development of diffuse gastric cancer through IGF1R-PAK1-YAP1 signaling. Sci Signal. 2023 Dec 19;16(816):eadg5289. doi: 10.1126/scisignal.adg5289. PMID: 38113333.

17. Kemp LJS, Monster JL, Wood CS, et al. Tumour-intrinsic alterations and stromal matrix remodelling promote Wnt-niche independence during diffuse-type gastric cancer progression. Gut. 2025 Jul 7;74(8):1219-1229. doi: 10.1136/gutjnl-2024-334589. PMID: 40169243.

18. Liu W, Li L, Guo L, et al. Dasatinib demonstrates efficacy in organoid derived paclitaxel-resistant Trp53/Cdh1-deficient mouse gastric adenocarcinoma with peritoneal metastasis. Cell Regen. 2025 Apr 29;14(1):16. doi: 10.1186/s13619-025-00232-2. PMID: 40299206.

9. 总结与展望

9.1 技术成熟度评估

9.2 未来发展方向

1. 血管化类器官： 引入内皮细胞，建立血管网络
2. 免疫共培养： 加入免疫细胞，模拟免疫微环境
3. 微生物组整合： 建立多菌群共培养系统
4. 高通量筛选： 自动化培养与检测平台
5. 临床转化： 个体化药物敏感性测试指导治疗
6. 器官芯片整合： 微流控系统实现多器官互作

9.3 对研究者的建议

1. 严格遵循 SOP： 确保实验可重复性
2. 充分表征： 定期检测标志物表达和功能
3. 注意批次差异： Matrigel、生长因子需验证
4. 合理选择模型： 根据研究目的选择成体或 iPSC 来源
5. 伦理合规： 患者样本需伦理审批和知情同意

附录：信息完整性说明

本报告基于 PubMed 文献检索和公开资料整理。以下信息标注为"未找到可靠来源"，表示在检索范围内未找到明确文献支持：

• 胃酸分泌的具体检测方法和数据
• 胃泌素分泌的定量数据
• Menetrier 病类器官模型
• 诺如病毒胃类器官感染模型
• 某些细胞类型的精确比例数据