一碗米饭、一杯牛奶、一份膳食补充剂，吃进体内后，它们究竟如何被吸收、代谢？又如何影响我们不同器官的健康？这些关乎国计民生的基础问题，一直是食品营养科学领域的核心挑战。近日，上海交通大学公共卫生学院王慧/何牮团队在中文核心期刊《食品科学》上发表了题为《类器官技术在营养评价中的应用》的专题论述，系统阐释了被誉为“下一代黄金模型”的类器官技术在破解上述难题中的巨大潜力与应用前景。该综述指出，这项生物技术的革命性进展，正引领食品营养评价从传统的“动物实验+人群统计”模式，迈向高度仿生、可预测个性化的精准新时代。
突破瓶颈：从“平面”到“立体”，营养学研究迎来新范式
传统的营养评价方法长期依赖于二维细胞模型和动物实验。然而，二维细胞无法模拟人体器官的复杂三维结构和新陈代谢，而动物模型与人类存在显著的物种差异，其结果在预测人体反应时往往存在不确定性。人类临床试验虽是金标准，但成本高昂、周期漫长，且受伦理因素制约。
“我们迫切需要一种能够更真实反映人体生理反应的模型，来填补从细胞、动物到人体临床试验之间的鸿沟。”论文第一作者、上海交通大学公共卫生学院何牮副研究员指出，“类器官技术的出现，恰逢其时。”
类器官，被科学家们形象地称为“培养皿中的微型器官”，是一种利用干细胞在体外培育出的三维结构。它能够自发组织、分化，高度模拟真实器官的复杂结构和关键功能，如同一个微缩版的肠道、肝脏、甚至大脑。论文通信作者、上海交通大学公共卫生学院王慧教授强调：“与传统模型相比，类器官的最大优势在于其高度的生理相关性。它不仅能表现出器官的特有功能，还包含了多种细胞类型，为我们提供了一个前所未有的、动态观察营养物在‘人体内’行为的窗口。
精准洞察：类器官如何重塑营养评价的“六大场景”
类器官技术正在营养学研究的多个前沿领域展现出“多面手”的卓越能力，其应用场景深刻而广泛：
揭秘营养吸收的“黑箱”过程：肠道是营养吸收的主要场所。利用肠道类器官，研究人员可以直观地“看到”脂肪酸、维生素、矿物质等营养素是如何被肠上皮细胞识别、转运和吸收的。例如，研究已利用类器官模型揭示，SLC39A8基因缺陷会损害肠道对锰元素的吸收，这为理解某些炎症性肠病与微量元素代谢异常的关系提供了新线索。
评估功能性食品的“真实功效”：对于市场上琳琅满目的益生元、膳食纤维补充剂、植物多酚等功能性食品成分，其宣称的健康益处是否真实？类器官提供了一个高效的验证平台。研究表明，菊粉能刺激肠道类器官产生具有抑制食欲作用的激素PYY；从辣木叶中提取的水提物能有效保护结肠类器官免受炎症因子攻击。这些发现为功能性食品的开发提供了坚实的体外实验证据。
模拟食物过敏的“第一现场”：食物过敏是如何发生的？类器官模型让科学家能够精细地重现这一过程。综述中提到，研究通过类器官发现，猕猴桃的主要过敏原Act d 1可以破坏肠道上皮细胞的紧密连接，引发炎症反应。这为了解过敏原如何突破肠道屏障、启动免疫应答提供了分子层面的细节。
守护“舌尖上的安全”：在食品安全领域，类器官正成为毒性评价的利器。团队引用的研究显示，食品添加剂“日落黄”会抑制肠道类器官的健康增殖和分化；而广泛存在于食品包装材料中的全氟/多氟烷基物质（PFAS），在脑类器官中能诱发出类似阿尔茨海默病的神经毒性。这为更早期、更精准地评估食品添加剂和污染物的健康风险提供了强大工具。
探索“肠-脑轴”的神秘对话：吃下去的食物如何影响情绪和认知？利用脑类器官，科学家们正在揭开“肠-脑轴”的神秘面纱。令人惊叹的研究发现，叶酸可以通过特定信号通路，减轻高糖环境对前脑类器官中神经元造成的损伤；而维生素A则扮演着抗氧化剂和铁死亡抑制剂的角色，对促进神经元的正常发育至关重要。
赋能个性化营养的“梦想”：这是类器官技术最具想象力的应用方向。未来，或许可以简单地获取一个人口腔黏膜细胞或皮肤成纤维细胞，重编程为诱导多能干细胞后，培育出属于他本人的肠道、肝脏类器官。在此基础上，可以测试不同膳食方案、营养补充剂对其“个人专属模型”的效果，从而实现真正的“千人千面”的精准营养建议。
迈向多器官联动与智能化的“营养模拟人生”
尽管前景广阔，团队在综述中也客观分析了类器官技术当前面临的挑战，如培养成本较高、标准化流程有待完善、以及现有模型普遍缺乏血管系统和完整的免疫细胞等。
面对这些挑战，未来的发展方向已然清晰。公共学院院长王慧教授展望道：“未来的研究将聚焦于技术的深度融合。例如，通过‘器官芯片’技术，将肠道、肝脏、大脑等多种类器官连接在一个微流控系统中，模拟营养物在人体内吸收、代谢、并作用于远隔器官的完整旅程。结合3D生物打印、基因编辑、人工智能与多组学分析，我们将能够构建一个高度仿真的‘营养模拟人生’平台，实现对食品营养与健康效应的动态、系统化预测。”
这篇系统性综述，不仅全面梳理了类器官技术在营养评价中的前沿应用，更清晰地勾勒出该领域未来的发展蓝图。这把由尖端生物技术锻造的“微型器官”钥匙，正在开启一扇通往更精准、更个性化营养科学的大门。随着技术的不断成熟与普及，它有望深刻改变食品研发、公共卫生建议制定以及个人健康管理的模式，为提升全民健康水平和生命质量贡献重要的科技力量。展望未来，该团队认为类器官技术的发展将聚焦于多个前沿方向：通过器官芯片技术构建“肠-肝”、“肠-脑”等多器官联通系统，模拟营养物在体内的动态旅程；结合3D生物打印优化类器官结构；利用基因编辑技术构建特定疾病模型；并整合多组学分析与人工智能，对海量数据进行深度挖掘，从而精准解析营养作用机制。尤为值得期待的是其在个性化营养领域的应用前景。未来，或可利用个体自身的细胞培育成类器官，形成“个人专属”的体外模型，用于测试不同膳食方案、营养补充剂的反应，从而为每个人量身定制最适宜的精准饮食策略。
类器官技术作为一项强大的颠覆性工具，正逐步成为食品营养与安全研究不可或缺的核心平台。上海交通大学公共卫生学院团队的综述系统表明，这项技术就像一把精准的钥匙，正在帮助我们更深入、更真实地解锁食物与健康之间的复杂奥秘，有力地推动着营养学研究从“群体性推荐”向“个体化定制”时代迈进，最终将为提升公众健康水平、构建精准营养体系提供更坚实的科学基石。
本文第一作者为上海交通大学医学院单细胞组学与疾病研究中心/公共卫生学院何牮副教授；通讯作者为上海交通大学公共卫生学院王慧教授。研究获得“十四五”国家重点研发计划重点专项的资助。
王慧，上海交通大学二级教授、特聘教授、博士生导师，公共卫生学院院长、数字医学研究院执行院长、医学院单细胞组学与疾病研究中心中方主任，海南国际医学中心数智医学研究院院长，上海市黄浦区侨联主席，上海交通大学医学院侨联主席。国家杰出青年科学基金获得者、国家百千万人才工程入选者、中国青年女科学家奖获得者、国务院特殊津贴专家、吴杨奖获得者、中科院百人计划，上海市三八红旗手、五一劳动奖章获得者，上海市优秀学术带头人，上海市领军人才，上海交通大学校长奖获得者。任国务院食品安全委专家委员、国家健康科普专家、中国营养科学界首席专家，第一届食品安全国家标准审评委员会微生物分委会主任委员、中国检验检测学会数智主动健康产业协同创新中心主任，上海市食品安全风险评估专家委员会膳食营养专业委员会主任委员，上海市毒理学会理事长,上海市大数据社会应用研究会数字健康专委会主任委员，上海市侨界专业人士联谊会首任轮值会长等。长期从事主动健康、慢病防控与营养食品安全研究，Elsevier高被引学者，科技部重点专项首席科学家。在Nature、JAMA等发表论文260余篇，主编专著9部,申请专利60项，成果转化7项，形成国家、行业标准25项，获全国优秀科普微视频作品、上海市健康科普推优选树“杰出人物”、上海市课程思政教学设计展示活动特等奖、上海市优秀教学成果一等奖等。
何牮，上海交通大学医学院 单细胞组学与疾病研究中心 单细胞测序平台主任、长期从事单细胞多组学分析技术开发及应用，在单细胞层面探究肿瘤等重大疾病的发病机制和在药物或外界环境干预下肿瘤微环境演化，发现肿瘤防控新靶标并在此基础上进行药物筛选、重定位，探讨肿瘤诊疗新策略及临床转化；创立基于类器官结合单细胞测序技术的食品新资源安全风险评价与控制方法。
截至2025年底，在Journal of Clinical Investigation、Clinical Cancer Research、Chemical Reviews、EBioMedicine、MedComm、Nature Aging、Genome Research等国际知名杂志发表SCI收录的论文80篇，其中第一或通讯作者30余篇，累计引用3100余次，H-index 27。主持多项国家级和省部级项目，作为项目骨干参加科技部十四五重点研发计划，申请中国发明专利二十件，已有多件授权并转化、登记软著五项，受邀撰写综述文章并选为封面文章，多次于国内外重要学术会议进行报告并获奖。
