人类诺如病毒的体外培养技术进展
发布时间：2024-10-31 浏览次数：590
导读：人类诺如病毒 (HuNoVs) 是导致急性胃肠炎的主要病原体，其高传染性和快速变异性使得对该病毒的致病机制、疫苗和药物开发成为挑战。过去二十年中，科学家们尝试了多种体外培养方法来研究HuNoVs的复制过程和感染机制。本文将系统性分析这些培养方法的进展及其在病毒研究中的实际应用效果，并展望未来创新培养技术的发展前景。
Fig 1 HuNoV 的四种体外培养方法[1]
HuNoVs 体外培养的技术进展
为了攻克人类诺如病毒 (HuNoVs) 研究中的难题，科学家们在体外培养方面进行了大量尝试，方法涵盖了从传统的细胞系到更为复杂的三维培养和类器官模型，力图为病毒复制、宿主相互作用和免疫反应提供可靠的实验系统。以下将详细介绍目前应用较广的多种HuNoVs体外培养技术。
1. 肠上皮细胞系：早期研究的核心工具
肠上皮细胞是研究 HuNoVs 的起步工具。分化后的 Caco-2 细胞系在培养 HuNoVs 的实验中展示了初步的感染现象，但感染效率较低。病毒样颗粒 (VLPs) 在此系统中能够结合和部分内化，但未能实现显著的基因拷贝增加或新生病毒颗粒的生成。由此可见，肠上皮细胞的二维培养模型难以真实还原体内感染环境，显示出在支持病毒有效复制方面的局限性。
2. 抗原呈递细胞 (APCs) 培养：免疫感染机制的探索
科学家进一步尝试了抗原呈递细胞 (APCs) 培养来研究HuNoVs在免疫细胞中的感染机制。HuNoVs感染人类外周血单核细胞中的部分 APCs 后，能够诱导免疫细胞活化，但在这些细胞中未观察到显著的病毒 RNA 拷贝数增加或高效的病毒复制。这一方法揭示了 HuNoVs 与免疫细胞的复杂关系，表明 APCs 虽然参与宿主的免疫响应，但其并非病毒高效复制的理想环境。
3. 三维细胞聚集体培养：模仿人体环境的创新
三维细胞聚集体培养技术利用旋转壁培养基模拟人体微重力环境，使细胞形成三维结构。这种系统在 HuNoVs 的培养中表现出较高的感染性，在 INT 407 和 Caco-2 细胞聚集体中，实验观察到病毒颗粒的积聚和细胞病理学变化。然而，不同实验室之间的结果存在较大差异，且在重复实验中无法获得一致的病毒复制水平，这使得三维聚集体培养在研究中的应用受到限制。
4. 类器官和诱导型肠器官培养：高效复制的新前景
类器官培养为HuNoVs体外研究带来重大突破。肠上皮类器官 (HIEs) 是由肠道干细胞分化形成的三维结构，包含多种肠上皮细胞类型，能够有效支持多种HuNoVs基因型的复制，并在特定条件下实现病毒传代。研究发现，加入胆汁酸可显著提高病毒的感染效率。此外，肠器官（HIOs）在部分实验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）和实验条件下，其培养结果表现较高的生物学相关性，有助于反映宿主基因的差异性和病毒的宿主依赖特征。
其他培养模型与未来展望
近年来，斑马鱼模型成为HuNoVs研究中的新兴工具[2]。由于其透明的胚胎和快速的发育周期，斑马鱼为观察病毒感染的动态过程提供了理想的平台。研究表明，HuNoVs在斑马鱼体内能够部分复制，并引发免疫反应，为深入理解病毒传播路径提供了重要的实验依据。另一方面，B细胞培养技术进一步探讨了HuNoVs与特定免疫细胞之间的相互作用。研究发现，HuNoVs可以在某些淋巴瘤B细胞系（如BJAB和Raji细胞）中实现部分复制[3]。此外，粪便上清中的肠道共生菌可能在促进病毒入侵中起到关键作用。然而，这种方法的感染效率较低，并且在不同实验室间的可重复性较差，仍需进一步的验证与优化。
结合微流控芯片与类器官技术的多元组合正在全球范围内被积极探索。这些创新技术有望显著提升HuNoVs的体外培养效率，更好地模拟体内病毒感染过程，为抗病毒药物和疫苗的研发提供新的方向与支持，最终为人类健康带来更大的保障。
参考文献：
[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.
来源：微生物安全与健康网，作者~教杨
