張舒心，蔡啟良，朱彩霞

復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，醫(yī)學(xué)分子病毒學(xué)教育部/衛(wèi)健委/醫(yī)科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032

隨著人類(lèi)疾病譜的改變[1-2]，乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)與肝癌[3](hepatitis B virus-associated carcinoma)、幽門(mén)螺桿菌與胃癌[4](helicobacter pylori-associated gastric cancer)、愛(ài)潑斯坦-巴爾病毒(Epstein-Barr virus, EBV)與淋巴瘤[5](Epstein-Barr virus-associated lymphoma)以及卡波西肉瘤相關(guān)病毒(Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus, KSHV)與卡波西肉瘤[6](Kaposi’s sarcoma)等慢性感染相關(guān)腫瘤的發(fā)生，逐漸成為全球人類(lèi)健康的重要威脅因素。但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)于腫瘤的研究一直缺乏有效的體外研究模型[7]，更是缺乏針對(duì)病原體感染所引發(fā)腫瘤的模型。類(lèi)器官(organoid)作為一種新型的體外三維(three dimensions，3D)技術(shù)培養(yǎng)的組織器官模型，無(wú)疑為這一領(lǐng)域的研究拓寬了思路。類(lèi)器官不僅能夠高度模擬原位組織在體內(nèi)的結(jié)構(gòu)和功能，在基因水平上維持其穩(wěn)定性，還可以彌補(bǔ)常規(guī)構(gòu)建的人源組織腫瘤細(xì)胞系不能維持腫瘤異質(zhì)性，以及人源組織腫瘤異種移植效率低、周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)[7-26]。隨著研究技術(shù)的不斷完善和成熟，越來(lái)越多數(shù)據(jù)表明了類(lèi)器官組織已在多種疾病和應(yīng)用研究領(lǐng)域(包括感染腫瘤致病機(jī)制、藥物試驗(yàn)、個(gè)體化治療等方面)發(fā)揮重要作用[7-26]。因此，本文針對(duì)類(lèi)器官組織在感染性疾病模型和應(yīng)用研究領(lǐng)域的進(jìn)展進(jìn)行綜述，期望對(duì)讀者了解該領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)有所幫助。

1 類(lèi)器官發(fā)展概況

類(lèi)器官是一種在體外環(huán)境下培育而成的具有3D結(jié)構(gòu)的“迷你器官”(mini-organs)，擁有類(lèi)似真實(shí)器官的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并能最大限度模擬來(lái)源組織或器官的生理功能，同時(shí)還可以在體外進(jìn)行傳代和凍存。除了正常組織的干細(xì)胞能夠在體外3D培養(yǎng)生長(zhǎng)為類(lèi)器官外，腫瘤組織也可經(jīng)體外3D培養(yǎng)生長(zhǎng)為腫瘤類(lèi)器官。目前，類(lèi)器官3D培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)涉及多種人體多種組織器官，如胰腺、腦、視網(wǎng)膜、肝、脾、前列腺和肺等(見(jiàn)圖1)[7-26]。類(lèi)器官的概念最早于1946年由Smith和Cochrane[27]在皮樣囊腫(dermoid cysts)的研究中提出，但直到2014年Lancaster和Knoblich[28]才明確定義了類(lèi)器官是以干細(xì)胞或器官組織細(xì)胞為原料，經(jīng)體外培養(yǎng)分化后自組裝為器官樣結(jié)構(gòu)的細(xì)胞群。在類(lèi)器官發(fā)展進(jìn)程中最重要的里程碑發(fā)現(xiàn)是，2009年Clevers團(tuán)隊(duì)將小腸上皮絨毛-隱窩(crypt-villus)基底部來(lái)源的Lgr5+干細(xì)胞(Lgr5+ stem cells)從小鼠體內(nèi)分離處理后加到含有生長(zhǎng)因子的基質(zhì)膠中，Lgr5+干細(xì)胞能夠在3D基質(zhì)膠的支撐下，生長(zhǎng)分化成為中空的囊腔狀球體類(lèi)器官，高度模擬小腸上皮在體內(nèi)的結(jié)構(gòu)和功能以及基因的穩(wěn)定性[7,29]。在此項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)前期摸索，本課題組也已成功建立了腸道類(lèi)器官的培養(yǎng)體系(見(jiàn)圖2)。同年Gao等[30]從臨床前列腺腫瘤患者活檢組織中亦成功地培育出人前列腺腫瘤類(lèi)器官，并證實(shí)腫瘤類(lèi)器官可用于體外藥物檢測(cè)與體內(nèi)異種移植。

圖1 不同組織類(lèi)器官的發(fā)展歷程

The crypts were isolated from adult mouse intestine, and grown as three-dimensional spheroids in matrigel covered by 50% conditioned medium collected from the supplement of L-WRN cells. Crypts formed spheroid structures on day 1 and could bud on day 5.

2016年Nozaki等[31]建立了小腸類(lèi)器官與小腸上皮T細(xì)胞共培養(yǎng)體系，發(fā)現(xiàn)類(lèi)器官微環(huán)境可以提高T細(xì)胞體外的生存時(shí)間，而且T細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)軌跡與在動(dòng)物體內(nèi)的相似。根據(jù)該研究，本課題組也成功建立了小腸類(lèi)器官與T淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)體系(見(jiàn)圖3)。隨后，Dijkstra等[32]通過(guò)將人腫瘤類(lèi)器官與自身外周血淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)， 發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)可以從結(jié)腸癌和非小細(xì)胞肺癌患者外周血中富集腫瘤反應(yīng)性T細(xì)胞，并證明富集的反應(yīng)性T細(xì)胞可用來(lái)評(píng)估腫瘤類(lèi)器官的殺傷效果，進(jìn)一步推動(dòng)了腫瘤免疫治療的發(fā)展。

Intestinal organoids were cultured for 2 days prior to co-culture with T cells. On the day of co-culture, T cells with GFP were isolated from EGFP transgenic mice, and organoids were released from matrigel. 100 organoids and 1.0×105 T cells were mixed with DMEM and placed together onto a 24-well plate to solidify at the incubator for 30 mins and covered by 50% conditioned medium with IL-2, IL-7 and IL-15. The medium was refreshed every 2 days and image after co-culture 48 h. The data was analysed by Imaris software, and the long orange arrows show the T cells entrance into the organoids, the short blue arrows show the T cells outside of the organoids. In picture D, the red balls stand for the T cells with GFP in Imaris software and the different lines show the moving path of T cells.

2019年Wimmer 等[26]首次從多功能干細(xì)胞中成功培育出包含有內(nèi)皮細(xì)胞與管周細(xì)胞的人體血管類(lèi)器官。將人體血管類(lèi)器官移植到小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)95%的人血管類(lèi)器官能夠在小鼠體內(nèi)存活并生長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久，血管類(lèi)器官在小鼠體內(nèi)能正常發(fā)育成功，有完善的動(dòng)脈、靜脈及毛細(xì)血管。通過(guò)對(duì)人血管類(lèi)器官移植小鼠進(jìn)行藥物處理誘導(dǎo)糖尿病后發(fā)現(xiàn)，人體血管類(lèi)器官基底膜增厚，模擬了糖尿病患者的微血管變化。人血管類(lèi)器官能夠再現(xiàn)人類(lèi)血管的結(jié)構(gòu)與功能，為血管疾病和糖尿病等多種基礎(chǔ)性疾病的防控提供了新的思路。同年，Cakir等[33]在研究腦類(lèi)器官時(shí)，在培養(yǎng)的人皮質(zhì)類(lèi)器官(human cortical organoids，hCOs)中表達(dá)ETV2轉(zhuǎn)錄因子，成功形成具有微血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和類(lèi)血-腦屏障結(jié)構(gòu)的血管化人皮質(zhì)類(lèi)器官(vascularized hCOs，vhCOs)。該項(xiàng)研究不僅提高了腦類(lèi)器官的培養(yǎng)成熟度和分化程度，還克服了類(lèi)器官缺乏血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的弊端。血管類(lèi)器官和具有血管結(jié)構(gòu)腦類(lèi)器官的研究成為類(lèi)器官研究的又一個(gè)重要里程碑。

隨著類(lèi)器官研究技術(shù)的不斷成熟，類(lèi)器官血管形成、神經(jīng)支配及與免疫細(xì)胞共培養(yǎng)等技術(shù)瓶頸的不斷突破，類(lèi)器官應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣泛。

2 感染性疾病及其研究模型

2.1 感染性疾病

近年來(lái)，癌癥嚴(yán)重危害著人類(lèi)的身心健康，已成為世界范圍內(nèi)死亡率顯著上升的一個(gè)重要原因。2017年全球十大癌癥發(fā)病排名指出，結(jié)腸癌和直腸癌(colon and rectum cancer)位居第4，乳腺癌(breast cancer)位居第3，氣管、支氣管和肺癌(tracheal, bronchus, and lung cancer)位居第2，非黑色素皮膚癌(nonmelanoma skin cancer)位居第1，此外胃癌(stomach cancer)、肝癌(liver cancer)等發(fā)病率亦居高不下[34]。預(yù)計(jì)到2025年，每年將有 1 930 萬(wàn)新發(fā)癌癥病例，并且一半以上的癌癥病例和死亡病例將發(fā)生在中低收入國(guó)家[35-36]。2019年9月，Christina等報(bào)道，癌癥和其他非傳染性疾病已成為全球健康發(fā)展的主要威脅，并預(yù)計(jì)癌癥將成為21世紀(jì)人類(lèi)因疾病死亡的主要原因和增加預(yù)期壽命的最主要障礙[34,37]，該聲明進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了深入研究癌癥對(duì)于世界健康發(fā)展的重要性。

引起癌癥發(fā)生、發(fā)展的因素是多方面的，包括外在物理因素(電輻射、紫外線等)，化學(xué)因素(亞硝胺類(lèi)、黃曲霉素等)，不良的生活習(xí)慣(吸煙、飲酒、熬夜等)，遺傳因素(基因突變或缺失等)以及病原體感染等。研究表明，99%的人在其一生中至少被一種疾病相關(guān)病原感染，但是癌癥發(fā)生、發(fā)展的很多具體機(jī)制至今尚不清楚[34,37]。由病原體感染所致的腫瘤又被稱(chēng)為感染性腫瘤，據(jù)研究報(bào)道，至少約有15%～20%的癌癥與病毒感染相關(guān)，如人乳頭瘤病毒(human papilloma virus，HPV)與宮頸癌，HBV/丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)與肝癌[38]。第1個(gè)被證實(shí)的感染性腫瘤是1911年由Rous[39]發(fā)現(xiàn)的由致瘤病毒——?jiǎng)谒谷饬霾《?Rous sarcoma virus，RSV)感染引發(fā)禽類(lèi)的勞斯肉瘤(Rous sarcoma)。Epstein等[40]在Burkitt淋巴瘤細(xì)胞培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)人類(lèi)第1個(gè)致瘤性病毒——EB病毒，該病毒被證實(shí)與多種淋巴瘤及鼻咽癌密切相關(guān)。隨后，HBV與肝癌，HPV與宮頸癌，人類(lèi)嗜T淋巴細(xì)胞病毒-1(human T-cell lymphotropic virus type-1, HTLV-1)與成人T細(xì)胞白血病，人類(lèi)免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)與艾滋病，KSHV與卡波西肉瘤等病毒與癌癥的相互作用關(guān)系被先后報(bào)道，進(jìn)一步證實(shí)感染在疾病發(fā)生中的重要作用[41]。

引發(fā)感染性疾病的病原不僅包含病毒，還有多種細(xì)菌與寄生蟲(chóng)。幽門(mén)螺桿菌(Helicobacterpylori，Hp)是第1個(gè)被證實(shí)能夠引發(fā)胃炎及胃癌的細(xì)菌[42-46]。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)梭形桿菌、卟琳單胞菌、鏈球菌等與結(jié)腸癌相關(guān)，傷寒沙門(mén)菌與膽囊癌相關(guān)[47]，巴爾通體與血管瘤相關(guān)[48]。寄生蟲(chóng)引發(fā)疾病的研究也逐漸成熟，現(xiàn)已證實(shí)肝吸蟲(chóng)能引起膽管癌，血吸蟲(chóng)能引發(fā)膀胱癌，陰道毛滴蟲(chóng)與弓形體分別與前列腺癌和腦腫瘤形成相關(guān)[49-50]。

據(jù)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO)統(tǒng)計(jì)，感染人類(lèi)的病原體中至少有12%會(huì)引起新發(fā)感染性疾病[51]，包括由瘧原蟲(chóng)感染引起的瘧疾，嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)引發(fā)的SARS, 禽流感病毒感染人引發(fā)的流感，中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV)引發(fā)的MERS，埃博拉病毒(Ebola virus)引發(fā)的出血熱，寨卡病毒(Zika virus)感染所致的畸形及現(xiàn)在正在流行的由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus-2，SARS-CoV-2)引發(fā)的2019冠狀病毒病(corona virus disease 2019，COVID-19)。這些病原感染所致的新發(fā)感染性疾病，由于發(fā)病急、傳染性強(qiáng)，一旦發(fā)病就會(huì)迅速流行，因此，針對(duì)感染性疾病的研究尤為關(guān)鍵。

2.2 疾病研究模型

目前在腫瘤研究領(lǐng)域較為常用的模型為2D水平的細(xì)胞模型、3D水平的類(lèi)器官模型和動(dòng)物模型。2D水平的細(xì)胞模型雖能在體外維持腫瘤的無(wú)限增殖與侵襲生長(zhǎng)能力，但不能維持腫瘤體內(nèi)的異質(zhì)性(如臨床上某些常見(jiàn)的癌基因突變，在細(xì)胞模型中并不存在)[52-53]；動(dòng)物模型雖能較好地維持腫瘤的異質(zhì)性，但存在物種跨越的局限性，并對(duì)藥物的反應(yīng)性不穩(wěn)定，且耗時(shí)耗力，還存在一定的倫理問(wèn)題[54]；而3D水平的類(lèi)器官模型不僅可以維持腫瘤的異質(zhì)性，高度模擬體內(nèi)原位組織的生理結(jié)構(gòu)和功能，還可以在基因水平進(jìn)行基因編輯，操作簡(jiǎn)單方便，更利于觀察組織細(xì)胞的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)等情況。類(lèi)器官模型很好地彌補(bǔ)了細(xì)胞模型與動(dòng)物模型的缺陷，為感染性疾病的體外研究提供了更好的前景，可廣泛應(yīng)用于疾病模型、藥物篩選等多方面的研究，其應(yīng)用前景十分廣闊，被譽(yù)為“朝陽(yáng)研究”[55-56]。

3 類(lèi)器官在病原感染性疾病研究中的應(yīng)用

因類(lèi)器官與來(lái)源器官組織的基因、結(jié)構(gòu)和功能的高度相似性，其已廣泛應(yīng)用于模擬體內(nèi)組織細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和器官形成過(guò)程，以及藥物篩選與評(píng)價(jià)、個(gè)性化治療、生物醫(yī)學(xué)材料及組織工程等方面。隨著病原體感染與腫瘤發(fā)生關(guān)系研究的深入，感染性疾病已成為腫瘤研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)問(wèn)題。作為新型的研究模型，3D技術(shù)培養(yǎng)的類(lèi)器官結(jié)合顯微注射技術(shù)能更好地模擬宿主與病原體之間的相互作用，將為研究疾病的發(fā)生、發(fā)展、結(jié)局、轉(zhuǎn)歸，藥物選擇，個(gè)體化治療以及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供新的方向[57]?，F(xiàn)已有多種類(lèi)器官作為疾病感染模型。

3.1 消化道類(lèi)器官

胃腸道類(lèi)器官研究較為成熟，其感染模型應(yīng)用也較為廣泛。Bartfeld和Clevers[58]從人胃組織中分離出胃腺體，經(jīng)處理后加入基質(zhì)膠中并添加必要生長(zhǎng)因子如表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor，EGF)、R-spondin和Noggin等，成功在體外培養(yǎng)出胃類(lèi)器官，并且利用顯微注射技術(shù)，將幽門(mén)螺桿菌注入胃類(lèi)器官中，觀察幽門(mén)螺桿菌在胃類(lèi)器官中定植的過(guò)程；Jiao等[59]用沙門(mén)菌感染小鼠小腸類(lèi)器官，發(fā)現(xiàn)沙門(mén)菌的效應(yīng)蛋白AvrA通過(guò)抑制自噬關(guān)鍵蛋白Beclin-1的表達(dá)，從而抑制自噬并促進(jìn)細(xì)菌入侵宿主細(xì)胞進(jìn)而在宿主內(nèi)定植。Saxena等[60]收集不同患者腸道組織經(jīng)體外培養(yǎng)人腸道類(lèi)器官后，通過(guò)人輪狀病毒感染實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)病毒能夠引起類(lèi)器官生理性管腔擴(kuò)張。以上實(shí)驗(yàn)?zāi)M了輪狀病毒引起生理性腹瀉的特征，從細(xì)胞水平研究腸道病毒—宿主的相互作用，為人類(lèi)輪狀病毒和其他腸道病原體(如人類(lèi)諾如病毒、星形病毒和圓環(huán)病毒以及寄生蟲(chóng)和細(xì)菌)致病機(jī)制的研究提供了可行的感染模型。Drummond等[61]發(fā)現(xiàn)埃可病毒11型(Echovirus 11，E11)、柯薩奇病毒B組(Coxsachie virus B，CVB)和腸道病毒71型(enterovirus 71，EV71)等腸道病毒能夠感染腸道類(lèi)器官，激活炎癥信號(hào)通路誘發(fā)抗病毒反應(yīng)，進(jìn)一步佐證腸道類(lèi)器官能夠高度模擬原位腸道的免疫防御和抗病原體保護(hù)功能。Ettayebi等[62]通過(guò)人諾如病毒HuNov感染腸道類(lèi)器官建立腸道感染模型，并通過(guò)這種腸道類(lèi)器官模型研究HuNov感染復(fù)制與組織血型抗原表達(dá)之間的作用關(guān)系，為其他腸道病毒與宿主相互作用研究提供了參考。2017年，Zhou等[63]利用MERS-CoV感染小腸類(lèi)器官，發(fā)現(xiàn)小腸類(lèi)器官對(duì)MERS-CoV高度易感，為 MERS-CoV致病機(jī)制的研究提供有效的研究模型。Lamer等[64]用4種不同的方法培養(yǎng)小腸類(lèi)器官，并用SARS-CoV與SARS-CoV-2分別進(jìn)行感染，通過(guò)激光共聚焦顯微鏡觀察類(lèi)器官中被感染細(xì)胞的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)在感染24 h可見(jiàn)單個(gè)感染的細(xì)胞，感染60 h內(nèi)被感染細(xì)胞數(shù)量逐漸增加，隨后對(duì)感染60 h的類(lèi)器官進(jìn)行電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)在類(lèi)器官管腔及基底細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)80～120 nm的病毒顆粒，表明小腸類(lèi)器官可作為研究冠狀病毒感染的新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

3.2 呼吸道類(lèi)器官

Zhou等[65]利用肺組織中的成體干細(xì)胞培養(yǎng)出3D生長(zhǎng)的氣道類(lèi)器官，經(jīng)誘導(dǎo)分化后成功模擬了自然情況下流感病毒感染人類(lèi)呼吸道的過(guò)程，為人類(lèi)呼吸系統(tǒng)疾病提供了一個(gè)嶄新的研究平臺(tái)。2019年Sachs等[25]從呼吸道患者支氣管肺泡切除或灌洗材料中培養(yǎng)出氣道類(lèi)器官，通過(guò)呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus, RSV)感染氣道類(lèi)器官實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，病毒能夠利用其N(xiāo)S2非結(jié)構(gòu)蛋白增強(qiáng)類(lèi)器官的活力；同年，Porotto等[66]利用人多能干細(xì)胞培養(yǎng)肺支氣管類(lèi)器官，建立兒童及嬰幼兒末梢肺組織副流感病毒感染模型，為呼吸道病毒感染及宿主病原相互作用關(guān)系研究提供了更好的模型。

3.3 腦類(lèi)器官

Garcez等[67]用誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cell，iPSC)培養(yǎng)人腦類(lèi)器官，并用寨卡病毒和登革病毒2型(dengue virus type 2，DENV-2)分別感染人大腦類(lèi)器官，發(fā)現(xiàn)寨卡病毒感染腦類(lèi)器官后可以抑制類(lèi)器官的生長(zhǎng)，抑制效率高達(dá)40%，與臨床上寨卡病毒感染引起的兒童先天性小腦畸形的結(jié)果一致，而DENV-2感染并未引起類(lèi)器官生長(zhǎng)抑制。Zhang等[68]從人胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)出端腦皮質(zhì)類(lèi)器官，該類(lèi)器官具有多層前體區(qū)和所有6種神經(jīng)元亞型，與人體內(nèi)皮質(zhì)發(fā)育相似。通過(guò)日本腦炎病毒(Japanese encephalitis virus, JEV)感染端腦皮質(zhì)類(lèi)器官實(shí)驗(yàn)研究JEV與日本腦炎發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)JEV感染能夠促進(jìn)腦類(lèi)器官細(xì)胞死亡，導(dǎo)致類(lèi)器官體積變小。

3.4 肝膽類(lèi)器官

Huch等[69]通過(guò)培養(yǎng)小鼠肝臟類(lèi)器官進(jìn)行HBV和HCV感染實(shí)驗(yàn)，研究病毒與肝炎、肝硬化及肝癌間的相互作用；在研究沙門(mén)菌與膽囊癌發(fā)生發(fā)展關(guān)系時(shí)，Scanu等[19]建立沙門(mén)菌感染鼠膽囊類(lèi)器官模型，發(fā)現(xiàn)沙門(mén)菌感染可以誘導(dǎo)膽囊類(lèi)器官TP53變異、C-myc擴(kuò)增，從分子水平證實(shí)沙門(mén)菌是引起膽囊癌變的重要因素。在SARS-CoV-2引發(fā)COVID-19的關(guān)鍵時(shí)刻，Zhao等[70]應(yīng)用人肝臟膽管類(lèi)器官建立SARS-CoV-2感染模型，發(fā)現(xiàn)感染24 h后可檢測(cè)到SARS-CoV-2的核衣殼蛋白(nucleocapsid protein，N protein)，在膽管類(lèi)器官內(nèi)SARS-CoV-2載量顯著增加，但是感染48 h后病毒載量下降。同時(shí)，上述研究發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染降低了類(lèi)器官中Claudin 1的表達(dá)，并下調(diào)兩個(gè)關(guān)鍵膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)(頂端鈉離子/膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體與囊性纖維化穿膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)蛋白)，揭示SARS-CoV-2感染引發(fā)患者膽管功能紊亂和膽汁淤積，進(jìn)而導(dǎo)致肝臟損傷。

3.5 血管類(lèi)器官

Monteil等[71]通過(guò)iPSC成功培養(yǎng)出人毛細(xì)血管類(lèi)器官，并用臨床分離的SARS-CoV-2毒株感染該血管類(lèi)器官，感染3 d和6 d后用定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction，qRT-PCR)檢測(cè)病毒RNA，發(fā)現(xiàn)感染6 d的病毒RNA載量明顯高于感染3 d的病毒載量。SARS-CoV-2感染血管類(lèi)器官6 d后的培養(yǎng)上清液能夠再次感染Vero E6細(xì)胞，表明病毒在類(lèi)器官中可以增殖并產(chǎn)生具有感染能力的子代病毒。

3.6 腎臟類(lèi)器官

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)能夠促進(jìn)血管緊張素的成熟，在肺、心臟、腎臟和腸道中廣泛存在，是SARS-CoV-2感染進(jìn)入人體細(xì)胞的重要受體。Monteil等[71]從人胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)出腎臟類(lèi)器官，并發(fā)現(xiàn)腎類(lèi)器官中含有表達(dá)ACE2的細(xì)胞簇。通過(guò)臨床分離的SARS-CoV-2毒株感染腎類(lèi)器官建立了病毒感染模型，加入人源可溶性重組ACE2(hrsACE2)能夠有效抑制SARS-CoV-2在腎臟類(lèi)器官中的增殖，抑制效果呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性，結(jié)果表明hrsACE2可以抑制SARS-CoV-2增殖并阻斷病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞，為COVID-19的治療與防控提供了新的方向。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

類(lèi)器官是利用體外3D技術(shù)培養(yǎng)干細(xì)胞而形成的多功能細(xì)胞團(tuán)，具有自身增殖和多向分化的能力[72]，能夠高度模擬原位組織的結(jié)構(gòu)和功能，已廣泛應(yīng)用于疾病建模、基因編輯、高通量藥物篩選、毒性試驗(yàn)、新型治療方法的開(kāi)發(fā)、再生醫(yī)學(xué)等方面，成為研究人類(lèi)發(fā)育過(guò)程及疾病機(jī)制的有效平臺(tái)[25,73]。盡管如此，類(lèi)器官在感染性疾病研究中的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，仍存在應(yīng)用的局限性及一些亟待解決的問(wèn)題：由于培養(yǎng)類(lèi)器官所用的基質(zhì)膠來(lái)源于動(dòng)物肉瘤組織，可能會(huì)對(duì)細(xì)胞性質(zhì)及藥物篩選過(guò)程中的反應(yīng)性產(chǎn)生未知的影響，限制了類(lèi)器官在人體器官移植中的應(yīng)用；iPSC衍生的類(lèi)器官多數(shù)需要飼養(yǎng)層細(xì)胞，這增加了培養(yǎng)過(guò)程的復(fù)雜程度；類(lèi)器官成像也是科學(xué)研究常面臨的問(wèn)題，高通量深度掃描成像能夠改善類(lèi)器官成像效果；大部分類(lèi)器官缺乏血液、血管、淋巴管、免疫細(xì)胞和外周血管神經(jīng)等基質(zhì)成分，器官功能不成熟，不能很好地模擬疾病的發(fā)生過(guò)程[74]；類(lèi)器官的體積大小是限制其發(fā)展的關(guān)鍵因素，而類(lèi)器官內(nèi)氧與營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)U散的程度取決于其大小，缺氧及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏導(dǎo)致的類(lèi)器官死亡是亟須解決的問(wèn)題[75]。盡管類(lèi)器官研究中存在這些限制，但這一技術(shù)的搭建實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)到臨床的快速轉(zhuǎn)化，為感染性疾病尤其是新發(fā)傳染性疾病致病機(jī)制研究、靶向藥物篩選及個(gè)性化治療提供了新的平臺(tái)，將廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)與臨床領(lǐng)域的相關(guān)研究。