豬腸道類器官模型在豬腸道冠狀病毒PEDV感染和宿主先天反應中的應用

豬流行性腹瀉病毒(PEDV)是一種有囊膜的單股正鏈RNA 病毒，與豬傳染性胃腸炎(TGEV)同屬于α 冠狀病毒屬。PEDV 能引起新生仔豬嘔吐、腹瀉和嚴重脫水等臨床癥狀，具有較高的死亡率，每年給豬養(yǎng)殖業(yè)造成大量的經(jīng)濟損失。PEDV 具有高度腸致病性，主要感染小腸的絨毛上皮細胞，引起小腸絨毛脫落并破壞體內(nèi)粘膜屏障的完整性。目前，對PEDV 的體外研究主要在非豬源細胞系中進行，例如來自非洲綠猴腎的Vero 細胞和來自人胚胎腎的HEK293 細胞。與正常哺乳動物細胞不同，Vero 細胞是干擾素缺陷細胞，當被病毒感染時不能產(chǎn)生I型干擾素。IPEC-J2 細胞是一種來自非仔豬的非轉(zhuǎn)化豬空腸上皮細胞系，但不能模擬體內(nèi)復雜的腸道上皮細胞系統(tǒng)，并且PEDV 臨床分離株在IPEC-J2細胞中通常不能很好地復制。缺乏可以重現(xiàn)體內(nèi)PEDV 感染過程的體外實驗系統(tǒng)是阻礙研究PEDV發(fā)病機理和制定新型有效控制PEDV 感染策略的瓶頸。2018年12 月發(fā)表于《Journal of Virology》 雜志上的研究論文報道了利用從豬腸道隱窩干細胞培養(yǎng)形成的腸道類器官感染PEDV。利用豬腸道類器官模型，證明PEDV 可感染腸道上皮細胞的多個譜系，與結(jié)腸類器官相比，PEDV 更易于感染回腸類器官。并且腸道類器官對IFN-λ 的先天性免疫應答優(yōu)于對IFN-α。

該研究從十二指腸、空腸和回腸的腸隱窩干細胞分離并培養(yǎng)形成豬腸道類器官，并且能夠重現(xiàn)體內(nèi)的復雜的腸道上皮細胞系統(tǒng)，易受PEDV 的感染。 PEDV 可感染多種類型的細胞，包括腸道細胞、干細胞和杯狀細胞，而且和體內(nèi)感染結(jié)果一致?；啬c類器官比結(jié)腸類器官對PEDV 更敏感，體現(xiàn)不同腸段對PEDV 感染的差異性。此外，臨床分離株P(guān)EDV-JMS 在回腸類器官中比在細胞適應毒株P(guān)EDV CV777 中繁殖地更好。PEDV 在感染過程中早期抑制IFN 產(chǎn)生。IFN-λ 比IFN-α 更有效地誘導抗病毒反應和抑制PEDV 在回腸類器官中的感染。

腸道類器官模型與傳統(tǒng)的體外細胞模型的具有顯著優(yōu)勢，其提供了在體外系統(tǒng)中探索宿主與病原體相互作用的獨特平臺，并概括了胃腸道的復雜細胞結(jié)構(gòu)特性。盡管培養(yǎng)人和小鼠腸類器官模型方面取得了很大進展并且已經(jīng)使用這種類器官系統(tǒng)來更好地理解腸道微生物感染造成的腸道生理學和病理學特性，但先前的研究尚沒有來自豬腸道類器官感染腸道病毒的報道。研究中從豬腸道隱窩干細胞建立了豬腸道類器官培養(yǎng)系統(tǒng)，為研究豬腸道生理學和腸道病原體的多種生物學方面提供了獨特的平臺，它們在保持宿主的遺傳特性的同時很好地模擬小腸的結(jié)構(gòu)和功能。來自同一供體的不同腸段的隱窩干細胞形成的腸類器官PEDV 感染并不相同。由于它們的獨特特征，豬腸道類器官比傳統(tǒng)細胞系模型可以更好地模擬體內(nèi)腸上皮細胞的多種細胞類型。該研究觀察到PEDV 能夠感染杯狀細胞和干細胞以及原代靶細胞即絨毛狀成熟腸細胞，這一發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)得到了證實。該研究建立了一種新的可模擬體內(nèi)的體外類器官細胞模型，用于探索PEDV 的致病機制及宿主和各種豬腸道病毒之間相互作用機制。