【原】類器官——新冠病毒研究新模型

優(yōu)寧維 2023-07-11 發(fā)布于上海

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2023年5月5日，世界衛(wèi)生組織總干事譚德塞在日內(nèi)瓦舉行的發(fā)布會上宣布,，新冠疫情不再構(gòu)成“國際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”,。但譚德塞在發(fā)布會上也指出，宣布新冠疫情不再構(gòu)成“國際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”,，這并不意味著新冠作為一種全球健康威脅已經(jīng)結(jié)束,。上周，新冠仍然每三分鐘就奪走一條生命，全世界仍然有成千上萬的人正在重癥監(jiān)護(hù)室里為他們的生命而戰(zhàn),。新冠病毒不會消失,，人類要加強(qiáng)對自然界的監(jiān)控。同時(shí),，藥物,、免疫治療的研究不能停下，以防以后再有類似情況發(fā)生,。

2019新型冠狀病毒肺炎已經(jīng)成為一場“大流行病”,，這一致命的疾病對人體多器官造成了損傷，包括呼吸系統(tǒng),、胃腸道系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等,。類器官作為一種具有自我更新、自我組織能力和再現(xiàn)來源組織生物學(xué)結(jié)構(gòu)和功能的新型研究模型,，已廣泛應(yīng)用于新冠病毒研究。它不僅能模擬新冠肺炎的感染機(jī)制,、臨床特征,，還能為抗病毒藥物篩選帶來新的希望。

類器官模型特性

圖1不同來源的干細(xì)胞形成的類器官（圖片來源于文獻(xiàn)[1]）

類器官(organoids)是一種利用胚胎干細(xì)胞(embryomic stem cells,ESCs),、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(inducedpluripotent stem cells,iPSCs)或成體干細(xì)胞(adult/tissuestem cells,ASCs)獲得的三維構(gòu)建體,。

類器官模型擁有與來源組織器官類似的空間組織并能重現(xiàn)相應(yīng)器官的部分功能，已應(yīng)用于包括肺,、腸道,、胃、肝臟,、腎臟,、大腦、視網(wǎng)膜等多種正?；蚰[瘤組織的類器官研究模型中,。

類器官培養(yǎng)常用小分子化合物

小分子化合物是指分子量小于1000 Da（尤其小于500 Da），具有生物學(xué)活性的化合物,。小分子化合物與細(xì)胞因子和蛋白不同,，小分子可以透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能,。小分子化合物的作用靶點(diǎn)眾多,，已廣泛應(yīng)用于干細(xì)胞、類器官,、免疫學(xué),、神經(jīng)生物學(xué)、表觀遺傳學(xué)、細(xì)胞凋亡,、離子通道,、腫瘤學(xué)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命科學(xué)中諸多重要的研究領(lǐng)域。

表1 類器官培養(yǎng)常用小分子化合物

貨號	產(chǎn)品名稱	作用及推薦濃度
abs812864	Y-27632	處理人胚胎干細(xì)胞1 h,，可抑制干細(xì)胞的凋亡,，提高克隆效率，延長細(xì)胞的傳代,。推薦工作濃度：10 μM,。
abs810009	SB202190 (FHPI)	可誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新,，可用于胃腸道,、乳腺類器官的培養(yǎng)。推薦工作濃度：10 μM,。
abs810052	CHIR-99021	可誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞向內(nèi)胚層分化，在腎臟和視網(wǎng)膜類器官培養(yǎng)中用到,。與其他試劑結(jié)合使用,，能刺激體細(xì)胞重編程為干細(xì)胞。推薦工作濃度：3 μM
abs817694	A 83-01	用于肝臟,、前列腺以及乳腺類器官的培養(yǎng),，抑制iPSCs的分化，維持體外細(xì)胞的自我更新,。推薦工作濃度：2 μM,，現(xiàn)配現(xiàn)用。
abs814916	Gastrin I (human)	用于胃腸道類器官的研究,。腸道及肝臟類器官培養(yǎng)時(shí),，需要添加胃泌素來延長類器官的存活時(shí)間。推薦工作濃度：10 nM
abs816969	Nicotinamide	促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞分化成胰島素生成細(xì)胞,，抑制sirtuins活性,，并用于促進(jìn)類器官的形成和延長類器官的壽命。推薦工作濃度：10 mM,。
abs810050	Forskolin	誘導(dǎo)多種類型細(xì)胞的分化并激活PXR和FXR，具有血小板抗凝集和降壓作用,，與其他小分子聯(lián)合使用時(shí)，可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞重編程為iPSCs,。肝臟類器官培養(yǎng)的過程中必須添加該物質(zhì),。推薦工作濃度：1-10 μM,。
abs819421	Prostaglandin E2	前列腺素E2 (PGE2)與特異的受體結(jié)合后可介導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化,，在肝臟類器官和前列腺類器官培養(yǎng)時(shí)需要添加。推薦工作濃度：500 nM
abs817963	Acetylcysteine	抗氧化劑谷胱甘肽的前體,，具有抗氧化作用,，也是ROS抑制劑，抑制神經(jīng)元細(xì)胞凋亡,，在大多數(shù)類器官的培養(yǎng)過程中都需要添加該物質(zhì),。推薦工作濃度：1 mM。

類器官在新冠病毒研究中的應(yīng)用

新冠患者表現(xiàn)出的癥狀多種多樣,，常見臨床癥狀為呼吸系統(tǒng)損傷,，部分患者出現(xiàn)急性心衰、肝腎損傷等多器官功能衰竭[2],。而病人尸檢結(jié)果顯示,，在多種組織和器官中都檢測到了病毒基因組，如肺,、腸、咽,、心臟,、肝臟、腎臟,、大腦等[3]。病毒如何進(jìn)入人體不同組織的細(xì)胞,，如何在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制,，宿主與病原體之間的相互作用，這些研究需要一個(gè)能展示組織結(jié)構(gòu)組成信息及組織生理功能的模型,，而源自不同組織類型的類器官已應(yīng)用于新冠病毒感染研究中,，成為研究新冠病毒感染病理生理學(xué)以及藥物評估和體外毒理學(xué)研究的良好模型（表2）。

表2 不同類型3D類器官在新冠病毒中的研究

類器官類型	來源	研究內(nèi)容	參考文獻(xiàn)
肺	iPSCs	病毒感染AT2細(xì)胞,，并誘導(dǎo)強(qiáng)烈的趨化因子響應(yīng),，用于高通量抗病毒藥物篩選。	[4]
血管	iPSCs	病毒感染,，hrsACE2顯著抑制感染,。	[5]
小腸	人小腸組織	病毒感染小腸類器官中的腸上皮細(xì)胞,，引起病毒響應(yīng)程序。	[6]
眼	ESCs	病毒感染角膜緣,，引起強(qiáng)烈的NF-κB響應(yīng),，Ⅰ/Ⅲ型干擾素下調(diào)。	[7]
結(jié)腸	人結(jié)腸組織	病毒感染并在類器官中復(fù)制,。	[8]
腦	iPSCs	病毒感染脈絡(luò)叢上皮,，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失調(diào)、血腦脊液屏障功能受損,。	[9]
腎	ESCs	病毒感染,，hrsACE2顯著抑制感染。	[10]
肝膽管	iPSCs	分別誘導(dǎo)分化形成肝臟類器官和膽管類器官,；病毒感染引起趨化因子響應(yīng),。	[11]