人類(lèi)諾如病毒的體外培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)展
導(dǎo)讀：人類(lèi)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(duì)該病毒的致病機(jī)制、疫苗和藥物開(kāi)發(fā)成為挑戰(zhàn)。過(guò)去二十年中，科學(xué)家們嘗試了多種體外培養(yǎng)方法來(lái)研究HuNoVs的復(fù)制過(guò)程和感染機(jī)制。本文將系統(tǒng)性分析這些培養(yǎng)方法的進(jìn)展及其在病毒研究中的實(shí)際應(yīng)用效果，并展望未來(lái)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(jìn)展
為了攻克人類(lèi)諾如病毒 (HuNoVs) 研究中的難題，科學(xué)家們?cè)隗w外培養(yǎng)方面進(jìn)行了大量嘗試，方法涵蓋了從傳統(tǒng)的細(xì)胞系到更為復(fù)雜的三維培養(yǎng)和類(lèi)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。以下將詳細(xì)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(xì)胞系：早期研究的核心工具
腸上皮細(xì)胞是研究 HuNoVs 的起步工具。分化后的 Caco-2 細(xì)胞系在培養(yǎng) HuNoVs 的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jiàn)，腸上皮細(xì)胞的二維培養(yǎng)模型難以真實(shí)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(xì)胞 (APCs) 培養(yǎng)：免疫感染機(jī)制的探索
科學(xué)家進(jìn)一步嘗試了抗原呈遞細(xì)胞 (APCs) 培養(yǎng)來(lái)研究HuNoVs在免疫細(xì)胞中的感染機(jī)制。HuNoVs感染人類(lèi)外周血單核細(xì)胞中的部分 APCs 后，能夠誘導(dǎo)免疫細(xì)胞活化，但在這些細(xì)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(xì)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(xì)胞聚集體培養(yǎng)：模仿人體環(huán)境的創(chuàng)新
三維細(xì)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(xì)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(xì)胞聚集體中，實(shí)驗(yàn)觀察到病毒顆粒的積聚和細(xì)胞病理學(xué)變化。然而，不同實(shí)驗(yàn)室之間的結(jié)果存在較大差異，且在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中無(wú)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(lèi)器官和誘導(dǎo)型腸器官培養(yǎng)：高效復(fù)制的新前景
類(lèi)器官培養(yǎng)為HuNoVs體外研究帶來(lái)重大突破。腸上皮類(lèi)器官 (HIEs) 是由腸道干細(xì)胞分化形成的三維結(jié)構(gòu)，包含多種腸上皮細(xì)胞類(lèi)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(lài)特征。
其他培養(yǎng)模型與未來(lái)展望
近年來(lái)，斑馬魚(yú)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(yú)為觀察病毒感染的動(dòng)態(tài)過(guò)程提供了理想的平臺(tái)。研究表明，HuNoVs在斑馬魚(yú)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(shí)驗(yàn)依據(jù)。另一方面，B細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)一步探討了HuNoVs與特定免疫細(xì)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(xì)胞系（如BJAB和Raji細(xì)胞）中實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室間的可重復(fù)性較差，仍需進(jìn)一步的驗(yàn)證與優(yōu)化。
結(jié)合微流控芯片與類(lèi)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(guò)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(lèi)健康帶來(lái)更大的保障。
參考文獻(xiàn)：
[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.
