雞肺類器官模型的建立及其在高致病性禽流感病毒-宿主相互作用研究中的應用

《Scientific Reports》：Development and characterization of chicken lung organoids for in vitro modeling of avian influenza virus-host cell interaction

【字體： 大 中 小 】 時間：2026年01月11日 來源：Scientific Reports 3.9

　　

當高致病性禽流感病毒(HPAIV)在全球范圍內引發動物疫情，甚至出現跨物種感染哺乳動物和人類的案例時，科學界迫切需要能夠準確模擬病毒與宿主相互作用的研究模型。傳統二維細胞培養體系雖然廣泛應用，但其缺乏呼吸道組織的三維結構和細胞異質性，難以真實反映病毒感染過程。特別是在家禽中，由于雞類缺乏RIG-I等重要的病毒模式識別受體，其免疫應答機制與其他物種存在顯著差異，這使得開發物種特異性模型顯得尤為重要。

近期發表于《Scientific Reports》的研究首次報道了成年干細胞來源的雞肺類器官的成功建立。該模型通過模擬雞肺的復雜結構和多種上皮細胞類型，為研究禽流感病毒的感染機制提供了更接近生理狀態的平臺。研究人員從SPF白來航雞的肺組織中分離成年干細胞，通過優化培養條件，獲得了具有中空管腔結構的類器官。這些類器官不僅包含立方狀、鱗狀等多種上皮細胞類型，還能產生黏液蛋白，較好地再現了雞呼吸道不同區域的細胞特征。

研究團隊采用多項關鍵技術對類器官進行了系統表征：通過批量RNA測序和單核RNA測序分析基因表達譜，利用蘇木精-伊紅(H&E)染色、免疫組織化學和透射電子顯微鏡進行形態學觀察，并建立Transwell單層培養系統進行病毒感染實驗。特別值得注意的是，單核RNA測序分析揭示了類器官中包含與Ⅱ型肺泡細胞相似的上皮細胞群以及可能代表杯狀細胞和俱樂部細胞的分泌性細胞群。

在病毒感染實驗中，研究人員使用兩種低致病性禽流感病毒(LPAIV)和兩種高致病性禽流感病毒(HPAIV)分別感染類器官單層細胞。結果顯示，在高感染復數(MOI=5)條件下，所有病毒均在16小時達到峰值滴度，且HPAIV的峰值滴度顯著高于LPAIV。在低感染復數(MOI=0.01)條件下，HPAIV表現出更快的復制動力學，24小時即可達到7-8 log₁₀PFU/mL的病毒滴度。免疫熒光染色還發現，HPAIV感染24小時后，病毒核蛋白(NP)主要定位于細胞質，而LPAIV的NP仍主要集中在細胞核內，這表明HPAIV在類器官中的病毒生命周期進展更快。

組織形態學顯示雞肺組織包含次級支氣管和副支氣管等典型結構，免疫組化證實細胞角蛋白和甲狀腺轉錄因子-1(TTF-1)在呼吸道上皮細胞中表達。類器官形態學觀察發現類器官主要由簡單的上皮細胞圍繞大腔隙構成，包含假復層上皮區域，阿爾新藍染色證實了酸性黏蛋白的產生。轉錄組學分析表明類器官與源組織在基因表達上高度相關，保留了流感病毒感染相關的關鍵基因(如ANP32A、ANP32B)和天然免疫通路基因(如MDA5前體IFIH1、NLRP3炎癥小體組分)。單細胞測序在類器官中鑒定出4個主要細胞群：上皮細胞群1(類似肺細胞)、上皮細胞群2(分泌性細胞)、循環上皮細胞和成纖維樣細胞。

該研究的創新性在于建立了首個雞肺類器官模型，并證實其能支持禽流感病毒的復制，且能區分高、低致病性病毒的表型差異。與傳統的MDCK細胞系相比，這一模型更好地模擬了雞呼吸道上皮的復雜結構和細胞類型，為研究病毒趨向性、復制動力學和宿主反應提供了更可靠的平臺。研究人員還指出，這一技術有望推廣至其他禽類物種，如水禽和猛禽，從而更好地研究病毒在自然宿主中的進化。此外，該模型還可用于研究其他家禽呼吸道疾病，如新城疫、傳染性支氣管炎等，具有廣泛的臨床應用前景。

盡管該研究存在樣本量有限、僅使用單一雞品種等局限性，但雞肺類器官模型的成功建立為禽類呼吸道疾病研究開辟了新途徑。未來研究方向包括利用該模型篩選抗病毒藥物、建立氣-液界面培養系統促進上皮細胞分化，以及開發類器官-免疫細胞共培養模型以更全面地模擬宿主-病原體相互作用。這一模型不僅對獸醫領域具有重要意義，也為理解禽流感病毒的跨種傳播潛力提供了寶貴工具，符合"一體化健康"理念的需求。