综述:利用类器官推进人畜共患呼吸道病毒研究
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时间:2025年09月29日
来源:Current Pharmaceutical Analysis 1.5
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本综述系统阐述了人源与动物源类器官(Organoids)模型在应对新发人畜共患呼吸道病毒威胁中的多重应用价值,涵盖病毒传播动力学(Dynamics)、致病机制(Pathogenicity)、抗病毒药物(antiviral therapies)筛选及宿主-病原互作研究,为呼吸道疾病(respiratory disease)防控提供创新性实验平台。
引言
人畜共患呼吸道病毒对人类全球健康构成持续威胁。这类病毒不仅可能引发严重的病毒性肺炎(如急性呼吸窘迫综合征),且具备人际传播潜力。传统动物模型(如SARS-CoV-2感染模型)难以完全模拟人类疾病谱,而类器官作为包含多种分化细胞类型的原代培养模型,能够高度模拟人体器官的生理功能,填补了病毒致病机制和传播能力研究的关键空白。类器官可通过组织源性干细胞或诱导多能干细胞(iPSC)培养成3D结构,或针对呼吸道特性构建2D气液界面(ALI)培养体系,使顶端表面暴露于空气中。
人上呼吸道类器官
上呼吸道复制是人际传播的重要促进因素。人鼻上皮ALI培养模型可用于评估新发病毒的人际传播潜力。例如,中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)在人类中未导致持续传播,其复制特性可通过此类模型揭示。相反,高传播力病毒(如SARS-CoV-2)在鼻上皮模型中显示高效复制能力。
人下呼吸道类器官
下呼吸道中,肺泡上皮是气体交换的关键部位,其损伤后果尤为严重。肺泡类器官可精准评估病毒致病性,而气道类器官则提供对呼吸道整体的广泛表征。研究显示,SARS-CoV-2在肺泡类器官中引发显著细胞病变,且Ⅰ型/Ⅱ型肺泡上皮细胞(AT1/AT2)的感染差异可通过单细胞RNA测序技术解析。
抗病毒疗效测试
呼吸道类器官虽不适用于高通量药物筛选,但已成为抗病毒药物临床前验证的关键平台。例如,羟氯喹在非人灵长类动物模型中无效,而其在类器官中的无效性结果与临床实践一致,凸显了类器官在药物开发链条中的桥梁作用。
呼吸道外复制
许多呼吸道病毒(如禽流感病毒、SARS-CoV-2)可导致胃肠道疾病、心肌炎和神经系统并发症等肺外表现。类器官模型(如肠道、脑、心脏类器官)为研究多器官嗜性提供了工具,例如尼帕病毒(Nipah virus)的多系统靶向特性可通过多器官模型联合解析。
病毒分离与宿主-病原互作
病毒在自然宿主(如蝙蝠)中的嗜性、脱落和致病机制与人类存在差异。蝙蝠肠道类器官研究揭示SARS样冠状病毒的复制特性,而人源类器官的对比实验可预测跨物种传播风险。此外,类器官模型有助于鉴定潜在病毒储存宿主和中间宿主。
中间宿主在病毒 emergence 中的作用
家禽和猪等中间宿主在病毒重组和传播中扮演关键角色。例如,鸡肠道类器官用于流感病毒(IAVs)研究,而猪呼吸道类器官可模拟禽/人流感病毒的重配过程,为预警新发病毒提供实验依据。
实验动物源类器官的应用
动物源类器官可作为体内研究的前筛工具,用于鉴定支持病毒复制的物种,并辅助动力学和剂量研究。例如,仓鼠肺类器官模拟SARS-CoV-2感染过程,与体内模型形成互补。
结论
类器官模型能够生成病毒复制、细胞嗜性和天然免疫应答的精细数据,助力新发病毒的风险预测、抗病毒策略开发及宿主靶点鉴定。通过整合多物种、多器官类器官平台,可构建应对人畜共患呼吸道病毒的全面研究体系。
(注:以上内容严格依据原文缩写的科学结论与细节,未添加未提及的信息。)
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