综述：利用人类类器官模型研究呼吸道冠状病毒感染

　　这篇综述系统探讨了人类呼吸道类器官作为前沿体外模型在冠状病毒研究中的应用价值。文章详细介绍了类器官在模拟病毒侵染（如SARS-CoV-2、MERS-CoV等）、揭示病毒嗜性（tropism）、评估先天与适应性免疫反应、筛选抗病毒药物及构建复杂共培养体系等方面的优势，为冠状病毒致病机制研究和治疗策略开发提供了更接近人体生理状态的平台。

　　

引言

冠状病毒为单股正链RNA病毒，其基因组大小约26–32 kb，编码结构蛋白（如刺突蛋白、包膜蛋白、膜蛋白和核衣壳蛋白）及非结构蛋白。2019年底出现的SARS-CoV-2疫情凸显了深入研究冠状病毒的紧迫性。除SARS-CoV-2外，人类还可感染SARS-CoV、MERS-CoV及多种季节性冠状病毒（如HCoV-OC43、HCoV-NL63等）。传统研究多采用永生化细胞系或动物模型，但前者难以模拟人体组织的生理复杂性，后者存在物种差异及伦理问题。人类类器官作为三维体外培养系统，能高度模拟人体生理状态，为冠状病毒-宿主互作研究提供了革新性平台。

呼吸道类器官的开发与表型

类器官是由干细胞衍生的三维结构，具备自组织能力，可模拟器官复杂性。呼吸道类器官通常源自成人组织特异性干细胞、胚胎干细胞或诱导多能干细胞（iPSC）。根据解剖位置，呼吸道类器官可分为鼻腔、气管、支气管及肺泡类器官。

鼻腔类器官可通过鼻拭子分离细胞培养生成；气管类器官因组织来源有限而开发较少；支气管与肺泡类器官多利用肺切除组织经酶解消化后培养。肺泡类器官主要由肺泡Ⅱ型细胞（AT2）分化形成，可进一步分化为肺泡Ⅰ型细胞（AT1）。iPSC来源的类器官虽能生成气管-支气管中间型类器官，但常保留胎儿样特性且protocol复杂。

类器官培养形式多样：包括气液界面（ALI）培养、顶端向内（apical-in）及顶端向外（apical-out）三维类器官，以及新兴的沉浸式培养（submerged culture）。其中，apical-out类器官可直接暴露顶端细胞面于病毒，更利于感染实验；而apical-in类器官需机械打开才能感染。ALI培养能模拟气道黏膜生理环境，但沉浸式培养更适合高通量筛选。

类器官在冠状病毒感染研究中的应用

类器官的首要应用是分离和扩增难以在传统细胞系中生长的临床冠状病毒毒株，如季节性冠状病毒（CCC）。其优势在于避免病毒在传代中产生适应性突变。

类器官的多细胞组成有助于研究病毒嗜性：例如，SARS-CoV-2主要感染纤毛细胞；HCoV-229E偏好感染鼻腔类器官而非下呼吸道类器官，这解释了其较低致病性。类器官还可用于评估病毒跨种传播风险，通过比较不同物种类器官的受体表达与感染效率，预测新发病毒的 zoonotic potential。

感染动力学研究显示，呼吸道黏液中的糖基化黏蛋白能抑制SARS-CoV-2结合与侵入；Omicron变异株在鼻腔类器官中复制能力增强而在肺泡类器官中减弱，提示其传播力增加但致病性降低。此外，类器官可用于筛选抗病毒靶点，如研究发现 tetraspanin-8（TSPAN8）抗体能阻断SARS-CoV-2感染。

利用类器官测量冠状病毒特异性免疫反应

类器官具备真实的先天免疫应答能力。感染后可激活干扰素通路、炎症因子释放及细胞死亡相关基因，例如SARS-CoV-2感染类器官会上调抗病毒与炎症基因。

适应性免疫研究方面，apical-out类器官模型已用于高通量中和试验，如呼吸道合胞病毒（RSV）中和抗体筛查；沉浸式培养系统则简化了操作流程，适合大规模免疫相关性分析。不过，该体系仍需优化，尤其是缺乏黏液层可能影响病毒侵染效率。

呼吸道微环境的整合构建

当前类器官模型仍缺乏体内微环境的复杂性。引入内皮细胞、间充质细胞可促进上皮与血管结构自组织，并增强关键气道标志物表达。研究发现，流感病毒共培养模型中内皮细胞虽未被直接感染，但能通过细胞互作放大炎症反应。

髓系免疫细胞（如巨噬细胞）的整合能模拟感染后抗病毒与炎症基因上调；中性粒细胞在流感病毒感染的“人造气道芯片”中显示趋化与跨膜迁移。此外，自体外周血单核细胞（PBMC）与类器官共培养可研究病毒特异性T细胞活化，但需避免异体免疫激活。这些复杂共培养体系为冠状病毒研究提供了更全面的免疫微环境视角。

讨论与未来展望

人类呼吸道类器官在冠状病毒研究中展现巨大潜力，但也面临挑战：如供体细胞变异大、protocol需标准化、遗传操作效率低等。未来方向包括整合组织驻留免疫细胞（如肺泡巨噬细胞）、利用基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）敲除宿主因子以研究病毒-宿主互作机制，以及发展高通量个性化药物筛选平台。沉浸式培养等简化系统需进一步验证其生理相关性，尤其是黏液与气界面的缺失对病毒动力学的影响。

总之，类器官模型通过持续优化与复杂化，将深化我们对冠状病毒 pathogenesis、免疫应答及治疗策略的理解。