氣管類器官在豬呼吸道冠狀病毒感染的發(fā)病機(jī)制和天然免疫應(yīng)答研究中的應(yīng)用

大部分冠狀病毒在體內(nèi)主要感染于呼吸道或腸道并造成機(jī)體損傷，嚴(yán)重威脅人類和動物的健康。豬呼吸道冠狀病毒（Porcine respiratory coronavirus，PRCoV）是豬傳染性胃腸炎病毒（TGEV）的自然性基因缺失變異株，與TGEV 基因組序列的同源性達(dá)96%，但其只對呼吸道具有嗜性，主要表現(xiàn)為非典型間質(zhì)性肺炎或輕微的亞臨床狀態(tài)。因此，PRCoV是一種潛在的研究人類呼吸道冠狀病毒的動物呼吸道冠狀病毒模型。然而，缺乏能夠模擬豬體內(nèi)復(fù)雜氣管上皮系統(tǒng)的可傳代細(xì)胞模型是阻礙研究PRCoV感染發(fā)病機(jī)制的瓶頸。

近期發(fā)表于《Journal of Virology》的研究論文，報道了利用從豬氣管基底干細(xì)胞培養(yǎng)建立的氣管上皮類器官感染PRCoV。利用豬氣管上皮類器官模型，證明氣管類器官（Airway organoids，AOs）中的PRCoV感染強(qiáng)烈地誘導(dǎo)了早期I 型和III 型干擾素（IFN）反應(yīng)，并上調(diào)了炎癥基因的表達(dá)，包括模式識別受體（PRR）和促炎性細(xì)胞因子。該研究從仔豬氣管上皮分離基底干細(xì)胞，建立了能夠長期培養(yǎng)的豬三維氣管上皮類器官（3DAOs），并能連續(xù)傳代和凍存復(fù)蘇。通過間接免疫熒光試驗(yàn)（IFA）和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（sc-RNA-seq）分析證實(shí)，建立的豬3DAOs 包含了氣管上皮主要的3 種細(xì)胞類型：基底細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和纖毛細(xì)胞，重現(xiàn)了豬體內(nèi)氣管上皮多種細(xì)胞的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該研究發(fā)現(xiàn)，三維（3D）和二維（2D）的AOs 均可以感染PRCoV。而與在AOs和腸道類器官中成功復(fù)制的TGEV 不同，PRCoV 僅在AOs 中可以更好地增殖，而不是在腸道類器官中。此外，AOs中的PRCoV感染誘導(dǎo)了強(qiáng)烈的早期I 型和III 型IFN 反應(yīng)，并上調(diào)了炎癥基因的表達(dá)，包括PRR和促炎細(xì)胞因子。

該研究建立了豬源氣管基底上皮干細(xì)胞的長期培養(yǎng)的豬氣管上皮類器官模型，重現(xiàn)了體內(nèi)氣管復(fù)雜的上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)。并證實(shí)PRCoV 和TGEV 對3DAOs 和2DAOs 均易感，同時表明PRCoV 感染在AOs 中能夠誘導(dǎo)強(qiáng)烈的IFN 和炎癥反應(yīng)，模擬了與體內(nèi)PRCoV 感染相關(guān)的過程。冠狀病毒受體的組織分布是冠狀病毒感染發(fā)病機(jī)制的決定因素之一。PRCoV是TGEV 的天然突變體，其S 基因序列大量缺失。PRCoV 和TGEV 均利用APN 作為主要的受體進(jìn)入細(xì)胞，而AOs sc-RNA-seq 結(jié)果表明，豬APN 主要在AOs 的非纖毛分泌細(xì)胞中表達(dá)，與病毒介導(dǎo)的3 種主要細(xì)胞類型中IFN-β 和炎性細(xì)胞因子的表達(dá)譜一致，表明PRCoV 在呼吸道上皮細(xì)胞中的細(xì)胞嗜性很大程度上取決于細(xì)胞表面APN 的豐度。同時，PRCoV 誘導(dǎo)顯著的IFN 反應(yīng)以及高IFN 敏感性可能導(dǎo)致PRCoV體內(nèi)感染后的輕度臨床癥狀。但是該項(xiàng)研究也存在著一定的局限性。其中之一，由于該系統(tǒng)中缺乏免疫細(xì)胞，因此無法探究氣管上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的相互作用。而通過將氣管上皮類器官與從同一供體獲得的免疫細(xì)胞共培養(yǎng)，將免疫細(xì)胞引入培養(yǎng)系統(tǒng)可能會加深對呼吸道冠狀病毒感染發(fā)病機(jī)制的理解。此外，該系統(tǒng)不能排除研究結(jié)果中僅反映AOs的細(xì)胞組成或分化的可能性?？傊撗芯拷⒘素i源氣管上皮基底干細(xì)胞的豬3D 和2D 氣管上皮類器官模型，其可以作為一種良好的PRCoV 感染模型，并為研究豬呼吸道感染提供有力的工具。