人類諾如病毒的體外培養技術進展
導讀：人類諾如病毒 (HuNoVs) 是導致急性胃腸炎的主要病原體，其高傳染性和快速變異性使得對該病毒的致病機制、疫苗和藥物開發成為挑戰。過去二十年中，科學家們嘗試了多種體外培養方法來研究HuNoVs的復制過程和感染機制。本文將系統性分析這些培養方法的進展及其在病毒研究中的實際應用效果，并展望未來創新培養技術的發展前景。
Fig 1 HuNoV 的四種體外培養方法[1]
HuNoVs 體外培養的技術進展
為了攻克人類諾如病毒 (HuNoVs) 研究中的難題，科學家們在體外培養方面進行了大量嘗試，方法涵蓋了從傳統的細胞系到更為復雜的三維培養和類器官模型，力圖為病毒復制、宿主相互作用和免疫反應提供可靠的實驗系統。以下將詳細介紹目前應用較廣的多種HuNoVs體外培養技術。
1. 腸上皮細胞系：早期研究的核心工具
腸上皮細胞是研究 HuNoVs 的起步工具。分化后的 Caco-2 細胞系在培養 HuNoVs 的實驗中展示了初步的感染現象，但感染效率較低。病毒樣顆粒 (VLPs) 在此系統中能夠結合和部分內化，但未能實現顯著的基因拷貝增加或新生病毒顆粒的生成。由此可見，腸上皮細胞的二維培養模型難以真實還原體內感染環境，顯示出在支持病毒有效復制方面的局限性。
2. 抗原呈遞細胞 (APCs) 培養：免疫感染機制的探索
科學家進一步嘗試了抗原呈遞細胞 (APCs) 培養來研究HuNoVs在免疫細胞中的感染機制。HuNoVs感染人類外周血單核細胞中的部分 APCs 后，能夠誘導免疫細胞活化，但在這些細胞中未觀察到顯著的病毒 RNA 拷貝數增加或高效的病毒復制。這一方法揭示了 HuNoVs 與免疫細胞的復雜關系，表明 APCs 雖然參與宿主的免疫響應，但其并非病毒高效復制的理想環境。
3. 三維細胞聚集體培養：模仿人體環境的創新
三維細胞聚集體培養技術利用旋轉壁培養基模擬人體微重力環境，使細胞形成三維結構。這種系統在 HuNoVs 的培養中表現出較高的感染性，在 INT 407 和 Caco-2 細胞聚集體中，實驗觀察到病毒顆粒的積聚和細胞病理學變化。然而，不同實驗室之間的結果存在較大差異，且在重復實驗中無法獲得一致的病毒復制水平，這使得三維聚集體培養在研究中的應用受到限制。
4. 類器官和誘導型腸器官培養：高效復制的新前景
類器官培養為HuNoVs體外研究帶來重大突破。腸上皮類器官 (HIEs) 是由腸道干細胞分化形成的三維結構，包含多種腸上皮細胞類型，能夠有效支持多種HuNoVs基因型的復制，并在特定條件下實現病毒傳代。研究發現，加入膽汁酸可顯著提高病毒的感染效率。此外，腸器官（HIOs）在部分實驗中展示出良好的病毒增殖效果，尤其是在特定病毒株（如GII.4）和實驗條件下，其培養結果表現較高的生物學相關性，有助于反映宿主基因的差異性和病毒的宿主依賴特征。
其他培養模型與未來展望
近年來，斑馬魚模型成為HuNoVs研究中的新興工具[2]。由于其透明的胚胎和快速的發育周期，斑馬魚為觀察病毒感染的動態過程提供了理想的平臺。研究表明，HuNoVs在斑馬魚體內能夠部分復制，并引發免疫反應，為深入理解病毒傳播路徑提供了重要的實驗依據。另一方面，B細胞培養技術進一步探討了HuNoVs與特定免疫細胞之間的相互作用。研究發現，HuNoVs可以在某些淋巴瘤B細胞系（如BJAB和Raji細胞）中實現部分復制[3]。此外，糞便上清中的腸道共生菌可能在促進病毒入侵中起到關鍵作用。然而，這種方法的感染效率較低，并且在不同實驗室間的可重復性較差，仍需進一步的驗證與優化。
結合微流控芯片與類器官技術的多元組合正在全球范圍內被積極探索。這些創新技術有望顯著提升HuNoVs的體外培養效率，更好地模擬體內病毒感染過程，為抗病毒藥物和疫苗的研發提供新的方向與支持，最終為人類健康帶來更大的保障。
參考文獻：
[1] Cheng C, Cai X, Li J, et al. In Vitro Culture of Human Norovirus in the Last 20 Years[J]. Biomedicines, 2024, 12(11): 2442.
[2]Tan M T H, Gong Z, Li D. Use of zebrafish embryos to reproduce human norovirus and to evaluate human norovirus infectivity decay after UV treatment[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2023, 89(4): e00115-23.
[3]Current trends and new approaches for human norovirus replication in cell culture: a literature review[J]. Archives of Virology, 2024, 169(3): 71.
