責編 | 兮
新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染引起的疾病（COVID-19）已對全球公共衛生構成重大威脅。值得注意的是，COVID-19患者常見肝功能異常，一項對我國1099例COVID-19患者的臨床研究發現約20%的患者ALT（ alanine aminotransferase，谷丙轉氨酶）和AST（aspartate aminotransferase，天門冬氨酸氨基轉移酶）升高，約10%的患者TBIL（total bilirubin，總膽紅素）升高，特別是重度患者肝損傷的發生率明顯高於非重度患者，提示患者發生了不同程度的肝損傷【1】。然而，關於COVID-19患者肝損傷是由肝內病毒感染直接引起還是由細胞因子風暴等系統原因間接引起尚不清楚。且目前對SARS-CoV-2致病機制的研究主要依賴於生物信息學分析、臨床特徵分析、動物模型以及珍貴的遺體解剖報告，尚缺乏人體組織感染模型。
2020年4月17日，復旦大學趙冰、張榮、林鑫華，中國醫學科學院梁俊波，合作在Protein & Cell上發表了題為Recapitulation of SARS-CoV-2 infection and cholangiocyte damage with human liver ductal organoids的研究論文【2】。該研究建立了人源類器官的SARS-CoV-2感染模型，並研究其組織損傷機制。證明SARS-CoV-2可以感染膽管上皮細胞，並下調膽管組織中細胞緊密連接及膽汁酸轉運相關基因的表達，為新冠病毒細胞嗜性、致病機制研究和後續藥物研發提供重要工具，並提示膽管功能紊亂可能是部分新型冠狀病毒感染者肝臟損傷的直接誘因。
研究者通過單細胞表達譜測序發現長期培養的肝臟（膽管）類器官保存了新冠病毒受體ACE2和感染輔助蛋白TMPRSS2雙陽性的膽管上皮細胞類群（下圖），提示人肝臟膽管類器官可以模擬ACE2及TMPRSS2共同介導的SARS-CoV-2感染。
對類器官的SARS-CoV-2感染實驗顯示，感染24小時後SARS-CoV-2核衣殼蛋白（N protein）在類器官部分膽管細胞中呈陽性，顯示病毒已經成功侵染並複製，受感染的膽管細胞還會經膜融合形成合胞體（下圖）。qRT-PCR分析顯示感染後24小時類器官內的病毒載量顯著增加，表明人膽管上皮細胞是SARS-CoV-2的易感宿主，並可支持病毒的活躍複製。雖然病毒可感染的細胞比例較低，但通過對感染前後膽管類器官的轉錄組分析後發現病毒感染導致三百多個基因表達水平的顯著改變。GO富集分析顯示感染後參與調控細胞死亡的相關基因變化明顯，其中幾個重要的凋亡相關基因CARD8、STK4等表達顯著上調，提示感染可誘發膽管細胞凋亡。
在體內膽管的主要功能是將肝實質細胞分泌的膽汁酸轉運到膽管腔內排出，膽管細胞之間的緊密連接維持了膽管上皮的屏障功能，對膽汁酸的收集和排洩至關重要。研究者發現SARS-CoV-2感染降低了類器官中Claudin1等緊密連接相關基因的表達，提示膽管細胞的屏障功能可能被破壞。更重要的是，兩個主要的膽汁酸轉運蛋白，頂端鈉離子/膽汁酸轉運體(ASBT)和囊性纖維化跨膜電導調節(CFTR)的基因表達在SARS-CoV-2感染後顯著下調。這些數據支持SARS-CoV-2感染可以通過下調膽管細胞中緊密連接形成和膽汁酸運輸關鍵基因的表達水平，損傷膽管組織屏障和膽汁酸運輸功能。提出COVID-19患者肝內病毒感染誘發膽管功能紊亂和膽汁積淤，進而導致肝臟損傷的可能性。
該研究於2020年3月17日在預印本網站bioRxiv上發佈，是COVID-19疫情爆發之後利用人源類器官研究SARS-CoV-2感染和致病機制的首次報道。除了肝臟之外，其他重要臟器(肺、腸和腎等)的類器官培養技術也日漸成熟，廣泛利用人源類器官研究SARS-CoV-2在多臟器中的病毒嗜性、複製動態以及先天免疫應答值得期待。相比於複雜動物模型，類器官病毒感染模型進行的新型抗病毒藥物藥效和毒性評價將更加直接和便捷。
據悉，復旦大學生命科學學院研究員趙冰、博士後倪超和中國醫學科學院基礎醫學研究所博士研究生高然為共同第一作者，趙冰、梁俊波、張榮、林鑫華 為共同通訊作者，中國醫學科學院基礎醫學研究所王曉月研究員和復旦大學基礎醫學院袁正宏教授為高級作者。本項工作依託復旦大學遺傳工程國家重點實驗室類器官研究中心開展，該中心現擁有GMP屏障400平方米，配備高通量類器官培養及表型分析設備，並積累了國際領先的技術實力。通過與復旦大學附屬醫院合作，已建立腸、肝、肺、子宮內膜等正常組織類器官和腫瘤類器官種質資源庫。復旦大學新冠科研攻關團隊和生物安全三級實驗室為本項工作提供重要技術指導與支持。
原文鏈接：
http://doi.org/10.1007/s13238-020-00718-6
參考文獻
1. Huang, C. et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet, doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30183-5 (2020).
2. Zhao, B. et al. Recapitulation of SARS-CoV-2 infection and cholangiocyte damage with human liver ductal organoids.
Protein & Cell, doi.org/10.1007/s13238-020-00718-6 (2020).
