猪肠道类器官模型在猪肠道冠状病毒PEDV感染和宿主先天反应中的应用

猪流行性腹泻病毒(PEDV)是一种有囊膜的单股正链RNA 病毒，与猪传染性胃肠炎(TGEV)同属于α 冠状病毒属。PEDV 能引起新生仔猪呕吐、腹泻和严重脱水等临床症状，具有较高的死亡率，每年给猪养殖业造成大量的经济损失。PEDV 具有高度肠致病性，主要感染小肠的绒毛上皮细胞，引起小肠绒毛脱落并破坏体内粘膜屏障的完整性。目前，对PEDV 的体外研究主要在非猪源细胞系中进行，例如来自非洲绿猴肾的Vero 细胞和来自人胚胎肾的HEK293 细胞。与正常哺乳动物细胞不同，Vero 细胞是干扰素缺陷细胞，当被病毒感染时不能产生I型干扰素。IPEC-J2 细胞是一种来自非仔猪的非转化猪空肠上皮细胞系，但不能模拟体内复杂的肠道上皮细胞系统，并且PEDV 临床分离株在IPEC-J2细胞中通常不能很好地复制。缺乏可以重现体内PEDV 感染过程的体外实验系统是阻碍研究PEDV发病机理和制定新型有效控制PEDV 感染策略的瓶颈。2018年12 月发表于《Journal of Virology》 杂志上的研究论文报道了利用从猪肠道隐窝干细胞培养形成的肠道类器官感染PEDV。利用猪肠道类器官模型，证明PEDV 可感染肠道上皮细胞的多个谱系，与结肠类器官相比，PEDV 更易于感染回肠类器官。并且肠道类器官对IFN-λ 的先天性免疫应答优于对IFN-α。

该研究从十二指肠、空肠和回肠的肠隐窝干细胞分离并培养形成猪肠道类器官，并且能够重现体内的复杂的肠道上皮细胞系统，易受PEDV 的感染。 PEDV 可感染多种类型的细胞，包括肠道细胞、干细胞和杯状细胞，而且和体内感染结果一致。回肠类器官比结肠类器官对PEDV 更敏感，体现不同肠段对PEDV 感染的差异性。此外，临床分离株PEDV-JMS 在回肠类器官中比在细胞适应毒株PEDV CV777 中繁殖地更好。PEDV 在感染过程中早期抑制IFN 产生。IFN-λ 比IFN-α 更有效地诱导抗病毒反应和抑制PEDV 在回肠类器官中的感染。

肠道类器官模型与传统的体外细胞模型的具有显着优势，其提供了在体外系统中探索宿主与病原体相互作用的独特平台，并概括了胃肠道的复杂细胞结构特性。尽管培养人和小鼠肠类器官模型方面取得了很大进展并且已经使用这种类器官系统来更好地理解肠道微生物感染造成的肠道生理学和病理学特性，但先前的研究尚没有来自猪肠道类器官感染肠道病毒的报道。研究中从猪肠道隐窝干细胞建立了猪肠道类器官培养系统，为研究猪肠道生理学和肠道病原体的多种生物学方面提供了独特的平台，它们在保持宿主的遗传特性的同时很好地模拟小肠的结构和功能。来自同一供体的不同肠段的隐窝干细胞形成的肠类器官PEDV 感染并不相同。由于它们的独特特征，猪肠道类器官比传统细胞系模型可以更好地模拟体内肠上皮细胞的多种细胞类型。该研究观察到PEDV 能够感染杯状细胞和干细胞以及原代靶细胞即绒毛状成熟肠细胞，这一发现在体内得到了证实。该研究建立了一种新的可模拟体内的体外类器官细胞模型，用于探索PEDV 的致病机制及宿主和各种猪肠道病毒之间相互作用机制。