人類諾如病毒的體外培養(yǎng)技術(shù)進展
發(fā)布時間：2024-10-31 瀏覽次數(shù)：1008
導(dǎo)讀：人類諾如病毒 (HuNoVs) 是導(dǎo)致急性胃腸炎的主要病原體，其高傳染性和快速變異性使得對該病毒的致病機制、疫苗和藥物開發(fā)成為挑戰(zhàn)。過去二十年中，科學(xué)家們嘗試了多種體外培養(yǎng)方法來研究HuNoVs的復(fù)制過程和感染機制。本文將系統(tǒng)性分析這些培養(yǎng)方法的進展及其在病毒研究中的實際應(yīng)用效果，并展望未來創(chuàng)新培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展前景。
Fig 1 HuNoV 的四種體外培養(yǎng)方法[1]
HuNoVs 體外培養(yǎng)的技術(shù)進展
為了攻克人類諾如病毒 (HuNoVs) 研究中的難題，科學(xué)家們在體外培養(yǎng)方面進行了大量嘗試，方法涵蓋了從傳統(tǒng)的細胞系到更為復(fù)雜的三維培養(yǎng)和類器官模型，力圖為病毒復(fù)制、宿主相互作用和免疫反應(yīng)提供可靠的實驗系統(tǒng)。以下將詳細介紹目前應(yīng)用較廣的多種HuNoVs體外培養(yǎng)技術(shù)。
1. 腸上皮細胞系：早期研究的核心工具
腸上皮細胞是研究 HuNoVs 的起步工具。分化后的 Caco-2 細胞系在培養(yǎng) HuNoVs 的實驗中展示了初步的感染現(xiàn)象，但感染效率較低。病毒樣顆粒 (VLPs) 在此系統(tǒng)中能夠結(jié)合和部分內(nèi)化，但未能實現(xiàn)顯著的基因拷貝增加或新生病毒顆粒的生成。由此可見，腸上皮細胞的二維培養(yǎng)模型難以真實還原體內(nèi)感染環(huán)境，顯示出在支持病毒有效復(fù)制方面的局限性。
2. 抗原呈遞細胞 (APCs) 培養(yǎng)：免疫感染機制的探索
科學(xué)家進一步嘗試了抗原呈遞細胞 (APCs) 培養(yǎng)來研究HuNoVs在免疫細胞中的感染機制。HuNoVs感染人類外周血單核細胞中的部分 APCs 后，能夠誘導(dǎo)免疫細胞活化，但在這些細胞中未觀察到顯著的病毒 RNA 拷貝數(shù)增加或高效的病毒復(fù)制。這一方法揭示了 HuNoVs 與免疫細胞的復(fù)雜關(guān)系，表明 APCs 雖然參與宿主的免疫響應(yīng)，但其并非病毒高效復(fù)制的理想環(huán)境。
3. 三維細胞聚集體培養(yǎng)：模仿人體環(huán)境的創(chuàng)新
三維細胞聚集體培養(yǎng)技術(shù)利用旋轉(zhuǎn)壁培養(yǎng)基模擬人體微重力環(huán)境，使細胞形成三維結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)在 HuNoVs 的培養(yǎng)中表現(xiàn)出較高的感染性，在 INT 407 和 Caco-2 細胞聚集體中，實驗觀察到病毒顆粒的積聚和細胞病理學(xué)變化。然而，不同實驗室之間的結(jié)果存在較大差異，且在重復(fù)實驗中無法獲得一致的病毒復(fù)制水平，這使得三維聚集體培養(yǎng)在研究中的應(yīng)用受到限制。
4. 類器官和誘導(dǎo)型腸器官培養(yǎng)：高效復(fù)制的新前景
類器官培養(yǎng)為HuNoVs體外研究帶來重大突破。腸上皮類器官 (HIEs) 是由腸道干細胞分化形成的三維結(jié)構(gòu)，包含多種腸上皮細胞類型，能夠有效支持多種HuNoVs基因型的復(fù)制，并在特定條件下實現(xiàn)病毒傳代。研究發(fā)現(xiàn)，加入膽汁酸可顯著提高病毒的感染效率。此外，腸器官（HIOs）在部分實驗中展示出良好的病毒增殖效果，尤其是在特定病毒株（如GII.4）和實驗條件下，其培養(yǎng)結(jié)果表現(xiàn)較高的生物學(xué)相關(guān)性，有助于反映宿主基因的差異性和病毒的宿主依賴特征。
其他培養(yǎng)模型與未來展望
近年來，斑馬魚模型成為HuNoVs研究中的新興工具[2]。由于其透明的胚胎和快速的發(fā)育周期，斑馬魚為觀察病毒感染的動態(tài)過程提供了理想的平臺。研究表明，HuNoVs在斑馬魚體內(nèi)能夠部分復(fù)制，并引發(fā)免疫反應(yīng)，為深入理解病毒傳播路徑提供了重要的實驗依據(jù)。另一方面，B細胞培養(yǎng)技術(shù)進一步探討了HuNoVs與特定免疫細胞之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，HuNoVs可以在某些淋巴瘤B細胞系（如BJAB和Raji細胞）中實現(xiàn)部分復(fù)制[3]。此外，糞便上清中的腸道共生菌可能在促進病毒入侵中起到關(guān)鍵作用。然而，這種方法的感染效率較低，并且在不同實驗室間的可重復(fù)性較差，仍需進一步的驗證與優(yōu)化。
結(jié)合微流控芯片與類器官技術(shù)的多元組合正在全球范圍內(nèi)被積極探索。這些創(chuàng)新技術(shù)有望顯著提升HuNoVs的體外培養(yǎng)效率，更好地模擬體內(nèi)病毒感染過程，為抗病毒藥物和疫苗的研發(fā)提供新的方向與支持，最終為人類健康帶來更大的保障。
參考文獻：
[1] Cheng C, Cai X, Li J, et al. In Vitro Culture of Human Norovirus in the Last 20 Years[J]. Biomedicines, 2024, 12(11): 2442.
[2]Tan M T H, Gong Z, Li D. Use of zebrafish embryos to reproduce human norovirus and to evaluate human norovirus infectivity decay after UV treatment[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2023, 89(4): e00115-23.
[3]Current trends and new approaches for human norovirus replication in cell culture: a literature review[J]. Archives of Virology, 2024, 169(3): 71.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~教楊
