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2022-12
新冠病毒,通常通过呼吸道感染人体,造成呼吸系统及人体各个器官的损伤。但与曾经同样造成严重后果的SARS病毒不同,新冠病毒是RNA病毒,在三年中不断产生新的病毒变株,具有的强大感染能力和免疫逃逸能力。
自2019年冬季新型冠状病毒爆发,如今已有三年,给全球经济、社会造成了巨大的负面影响。如何更好地减弱或防治新冠仍旧是全球范围亟待解决的难题。
近日,英国剑桥干细胞研究所等团队在Nature发表了题为 FXR inhibition may protect from SARS-CoV-infection by reducing ACE2 的文章。该研究显示,熊去氧胆酸(UDCA)可以通过影响ACE2受体的表达,保护机体免于新冠病毒感染。
新冠病毒通过表面的刺突蛋白结合人体细胞上的血管紧张素转化酶(ACE2)实现感染。该文章作者一直使用类器官研究胆管疾病,并将其移植到肝脏中,为治疗肝脏疾病、修复捐赠器官用于移植铺平了道路。一次偶然的发现让他发现一种名为FXR(Farnesoid X receptor,FXR)大量存在于胆管类器官中分子。FXR能够直接调节ACE2受体的打开和关闭状态。研究人员发现FXR是多种被新冠病毒感染的组织(包括胃肠道和呼吸系统)中ACE2转录的直接调节因子。与此同时,一种用于治疗原发性胆汁性胆管炎的肝病非专利药物熊去氧胆酸(UDCA)被发现可以降低FXR并关闭ACE2通道。
通过类器官模型发现,药物熊去氧胆酸(UDCA)可降低人体肺、胆管细胞和肠道类器官的FXR信号并下调ACE2。在后续的体外、体内研究显示,UDCA介导的ACE2下调降低了对SARS-CoV-2感染的易感性。这种药物针对的是宿主细胞,而不是病毒,所以它有可能预防病毒未来的新变种以及其他可能出现的冠状病毒。这一发现为未来的临床试验铺平了道路。
总结:熊去氧胆酸(UDCA)已经在临床上使用多年,其安全性和耐受性都很好,由于专利已过期,可以快速、大量且低成本生产,可能是一种负担得起的、有效的方式,可以保护那些疫苗无效或无法获接种疫苗的人。目前研究人员正在推进临床试验的启动,以确定在动物以及类器官中的熊去氧胆酸效果能否适用于真实世界。
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由于SARS-CoV-2 表现出强烈的物种特异性、组织特异性和细胞类型特异性,使用转化的细胞系或者动物模型对SARS-CoV-2 致病机制进行研究是相当困难的。而由人体组织衍生成的3D类器官模型同时具有人源性,并且能够高度模拟人体器官和组织,可以作为疾病体外模型,使深入探究新冠病毒感染及寻找有效干预措施成为可能。
事实上,这已经不是类器官第一次为新冠研究上做出贡献了。自新冠爆发以来,为了更好地探索其感染机制和对人体组织的影响,研究者先后建立了小肠类器官、肺类器官等多种组织的人源类器官。这些类器官为新冠机制探索提供了可靠的平台。下面就和大家分享几个类器官在新冠研究中的应用案例。
*案例1:
2020年10月,上海交通大学联合威尔康奈尔医学院、西奈山伊坎医学院,在《Nature》杂志上在线发表了最新重要成果:研究人员利用类器官对FDA批准的药物进行高通量筛选,发现包括伊马替尼、麦考酚酸(MPA)和盐酸喹那克林(QNHC)在内的三种药物在生理水平治疗下,可以显著抑制hPSC-LOs和hPSC-COs的SARS-CoV-2感染。研究表明,肺和结肠类器官可以作为研究新冠病毒感染和鉴定潜在的新冠肺炎(COVID-19)疗法的疾病模型,实现药物的高通量筛选。
*案例2:
2021年12月,中国科学院微生物研究所毕玉海研究员团队分别与清华大学陈晔光院士团队、中国农业大学吴森教授团队合作,建立了人远端支气管类器官和新冠病毒受体hACE2转基因猪模型,为SARS-CoV-2/COVID-19发病机制的深入研究、精准治疗、疫苗和药物有效性及安全性测试提供了新的可靠的感染模型。
*案例3:
为了研究视网膜是否表达内源性ACE2并且是否对SARS-CoV-2易感,台湾国立阳明大学的研究人员,通过利用人诱导多能干细胞(hiPSC)衍生的视网膜类器官和来自解离视网膜类器官的单层培养物作为体外平台,研究SARS-CoV-2假病毒的病毒进入以及ACE2和TMPRSS2的表达。证据表明,眼表可以感染SARS-CoV-2,但与呼吸系统相比,感染率比较低。研究的体外实验证明,视网膜类器官和单层培养物均表达ACE2,并且对SARS-CoV-2假病毒感染敏感。
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从2009年类器官技术元年发展至今,类器官构建技术已经较为成熟。近几年,也有越来越多研究者选择出现借助类器官模型辅助研究,正如本文中提到的团队。类器官模型作为优秀的体外3D模型辅助新冠机制研究,助力科研转化造福更多人。相信随着类器官技术的突破与经验的积累,未来定会为科研、临床、新药研发等领域做出更多贡献。
精科亮点
精科医学作为国内类器官技术转化先行者,我们在类器官培养上积累了丰富的经验,涵盖了乳腺癌、肺癌、胃肠癌、肝癌、膀胱癌、前列腺癌、肾癌、甲状腺癌、卵巢癌、宫颈癌、骨肉瘤以及脑肿瘤等多种实体肿瘤。其中基于活检组织的微量建模培养成功率极高,同时可以实现穿刺标本的“一样两检”(类器官药敏+NGS)。精科拥有自主研发的类器官培养技术,能够有效地延长样本保护期,扩大地域覆盖面。此外我们还和多家医院和科研机构开展科研与临床合作。目前我们已经在类器官建模方法、类器官鉴定、药物敏感性检测方法、类器官共培养等多个重要技术上实现突破,并已建立相关的实验室标准。