Nature子刊：香港大学周婕团队利用新型呼吸道类器官首次实现人类鼻病毒C型的连续传代及深入研究

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

人类鼻病毒C型（HRV-C）是一种常见的呼吸道病原体，通常会导致急性上呼吸道感染，且与哮喘及其他慢性呼吸系统疾病的加重密切相关。自2006年首次发现该病毒以来，研究人员已发现了60多种HRV-C亚型。然而，由于这些HRV-C亚型均无法在常规细胞系中感染和复制，所以长久以来缺乏有效的病毒培养和体外研究体系。

尽管曾有研究者尝试利用人鼻窦粘膜组织或气道原代上皮细胞进行实验，但由于组织和原代细胞获取难度大及无法连续扩增等问题，使得这一常见的呼吸道病毒的相关研究受到了极大限制。在过去的近20 年间没有稳定的模型系统分离和培养HRV-C，因此目前仍没有对于这一病毒的疫苗和抗病毒药物。

2024年12月31日，香港大学微生物系周婕、袁国勇教授团队，联合类器官技术先驱Hans Clevers教授，在Nature Communications期刊发表了题为：Human respiratory organoids sustained reproducible propagation of human rhinovirus C and elucidation of virus-host interaction 的研究论文。

研究团队利用他们开发的人呼吸道类器官，首次成功实现了HRV-C的连续传代培养，并揭示了病毒-宿主间的相互作用机制。

研究团队首先成功使用气道类器官（Airway Organoid）从确诊患者鼻咽拭子样本中分离出了HRV-C（成功率88.9%）（图1）。从气道类器官分离培养的第一代病毒样本被收集并用作连续传代的接种液。然而结果显示，尽管气道类器官能够从样本中分离到病毒，但却无法支持HRV-C的连续传代（图1）。只有在小分子化合物介导的免疫抑制条件下，气道类器官才能支持HRV-C的连续传代（图2）。相比之下，鼻粘膜类器官（Nasal Organoid）则可在无需任何干预的情况下实现稳定传代（图3）。

图1. 利用气道类器官从临床样本中分离HRV-C

图3. 利用鼻粘膜类器官对HRV-C进行连续传代

鉴于 HRV-C 在气道类器官和鼻粘膜类器官中的复制和扩增对小分子化合物所介导的免疫抑制作用的依赖性存在差异，研究团队推测鼻粘膜类器官对HRV-C应该更加易感。

为了验证这一假设，他们使用不同量的HRV-C对这两种类器官进行感染，并对比病毒复制的情况。结果显示，在高病毒量感染下（1000 copy/cell和100 copy/cell），HRV-C在气道类器官中的复制能力显著低于鼻粘膜类器官；而在低病毒量感染时（10 copy/cell和1 copy/cell），只有鼻粘膜类器官能够支持HRV-C的复制（图4a）。此外，流式细胞术分析也显示HRV-C在鼻粘膜类器官中的感染率更高（图4b）。

图4. 鼻粘膜类器官比气道类器官对HRV-C更易感

为进一步探究气道和鼻粘膜类器官对HRV-C不同易感性的机制，研究团队对感染HRV-C的类器官进行了转录组测序分析。结果显示，气道类器官中诱导的抗病毒基因和炎症细胞因子等的表达水平显著高于鼻粘膜类器官，且这些差异表达的基因与“先天性免疫反应”和“抗病毒反应”相关（图5）。

图5. 气道类器官具有更强的先天免疫反应

基于呼吸道类器官对HRV-C的高易感性，研究团队进一步探索了该模型在抗体阻断实验和药物筛选中的应用。结果证实，阻断CDHR3受体可显著抑制HRV-C的复制（图6a）；芦平曲韦（Rupintrivir）和伊曲康唑（Itraconazole）可有效抑制HRV-A和C在类器官中的复制，且对于HRV-C的抑制效果较HRV-A明显（图6b）。

此外，该团队还开发了一种基于类器官的HRV-C感染粒子定量的方法。该方法利用呼吸道类器官对HRV-C的高度易感性，通过免疫荧光染色和高通量共聚焦成像，可以准确定量出HRV-C的感染性粒子的数量（图6c）。这些结果表明，这一全新的基于类器官的HRV-C感染模型可以用于疫苗和抗病毒药物的研究和开发。

图6. 基于呼吸道类器官的抗体阻断、抗病毒药物筛选和病毒滴定应用

香港大学李嘉诚医学院微生物系周婕教授为论文通讯作者，香港大学李嘉诚医学院微生物系研究助理教授李存博士，俞亦飞博士为该论文的第一作者。

PI简介：周婕教授现任香港大学新发传染病国家重点实验室及香港大学李嘉诚医学院微生物系助理教授。周教授团队与类器官技术的创始人荷兰科学院院士Hans Clevers教授合作，建立了世界上第一个来源于肺成体干细胞的类器官，并开发出了人体呼吸道类器官双向分化技术，建立了成熟的气道类器官和肺泡类器官（图7）。研究团队还从正常人的鼻腔中无创伤性地刷取少量细胞，高效地建立了鼻粘膜类器官（图7）。相关成果分别发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）（2018，2023），美国微生物会会刊 mBio (2022) 和 Cell Discovery（2022）上。这一成果于2023年获得“第48届日内瓦国际发明展金奖”。

图7：周教授团队建立的人呼吸道类器官培养系统

周婕教授团队还建立了世界上首个蝙蝠肠道类器官（Nature Medicine 2020）。他们之后对蝙蝠肠道类器官培养体系进行优化，并将人与蝙蝠的肠道类器官进行比较，验证了蝙蝠细胞无症状携带病毒的机制（STTT 2022)。由于在类器官领域杰出的工作，周婕教授2021-2023年被Clarivate Analytics Essential Science Indicators 评为世界高被引用学者。

比幹生物科技有限公司，由周婕教授于2021年创立，旨在将其国际领先的呼吸道类器官专利技术及解决方案商业化。 比幹生物项目团队与国内外科研院所、制药公司、医疗机构、学会学术团体等已建立了深厚的合作关系。 基于专有的类器官技术和科学团队在该领域的领导地位，我们致力于将我们的研发成果转化为可市场化的解决方案。通过提供一流的基于类器官的呼吸道疾病和癌症模型，建立类器官生产及其应用标准（国际标准、国际规范），开发自动化生产线、建立类器官活体生物库，从而为学术界和产业界提供高质量的服务。我们的最终目标是发挥类器官技术的巨大潜力，并将香港打造为国际类器官技术中心，推动国内外的类器官产业突破。本项目中使用了比幹生物的试剂、耗材以及商业化解决方案。详情可联系 ：info@biomorgan.hk。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55076-2