突破 HEV 研究瓶颈！iPSC 诱导类器官揭秘肝炎病毒跨器官感染机制

戊型肝炎病毒(HEV)是全球急性病毒性肝炎的首要病因，可引发肝损伤甚至神经系统、肠道等肝外症状，但长期缺乏能模拟体内生理环境的体外模型 —— 传统肝细胞系、原代细胞或单谱系类器官要么感染效率低，要么无法还原组织复杂性，严重阻碍 HEV 致病机制研究与抗病毒药物开发。

针对这一痛点，来自北京大学的团队，在国际权威期刊《Gut》上发表题为 “iPSC-induced multilineage liver organoids, small intestinal organoids and brain organoids sustain pangenotype hepatitis E virus propagation” 的研究，首次证实：诱导多能干细胞(iPSC)分化的肝、小肠、脑多谱系类器官，可支持多基因型 HEV 的完整生命周期，为 HEV 研究提供了接近体内生理状态的体外平台。

实验方法

构建 iPSC 来源的多谱系类器官：通过定向分化技术，从人 iPSC 诱导生成含多种细胞亚型的肝类器官(hLOs，含肝细胞、胆管细胞、库普弗细胞、肝星状细胞)、小肠类器官(hIOs，含肠上皮细胞、潘氏细胞、杯状细胞、内分泌细胞及间质细胞)和脑类器官(hBOs，含谷氨酸能、多巴胺能、GABA 能神经元及星形胶质细胞、少突胶质细胞)，并验证其与成人组织的相似性。

HEV 感染与复感染验证：用临床分离的 HEV 1 型、3a 型、4 型毒株(含细胞适应株 P6)感染三种类器官，通过 RT-qPCR 检测上清中病毒 RNA 动态，并用感染后的上清液进行 “复感染”，验证病毒是否能产生有感染性的子代颗粒。

感染特征与功能损伤检测：通过免疫荧光染色(检测 HEV ORF2 蛋白与细胞特异性标志物共定位)明确病毒感染的细胞类型;用 ELISA 检测肝类器官白蛋白、凝血因子 IX(FIX)分泌及炎症因子 IL-6 水平，小肠类器官紧密连接蛋白(CLDN1、ZO1)表达，脑类器官神经细胞标志物(TH、vGLUT2)变化，评估感染对器官功能的影响。

抗病毒药物测试与跨器官感染模拟：用利巴韦林(临床抗 HEV 药物)、NITD008(核苷类似物)处理感染的类器官，验证药物抗病毒效果;同时将感染后小肠类器官的上清感染肝类器官，再将感染后肝类器官的上清感染小肠类器官，模拟 HEV “肠 - 肝 - 肠” 体内感染循环。

关键结果

图1：人类多谱系肝类器官支持 HEV 完整生命周期

该图证实 hLOs 可高效支持 HEV 1 型、3a 型、4 型及细胞适应株 P6 的感染与复制：① 感染后 2 天即可检测到病毒 RNA，3a 型滴度最高达 10^3-10^5 copies/mL，且上清可成功复感染新的 hLOs，证明病毒能产生有感染性的子代;② 免疫荧光显示 HEV ORF2 蛋白与肝细胞标志物白蛋白(ALB)共定位，感染率与上清病毒载量正相关;③ 细胞适应株 P6 感染后，利巴韦林可显著抑制病毒复制，验证了 hLOs 的药物筛选价值。

图2：HEV 感染损害肝类器官功能，利巴韦林可部分修复

该图揭示 HEV 感染对肝类器官的功能损伤及药物干预效果：① 500μM 利巴韦林处理 48 小时可抑制 99% 的 HEV 3a 型复制，且无细胞毒性;② 免疫荧光显示 HEV 不仅感染肝细胞，还可感染胆管细胞(CK7+)、库普弗细胞(CD68+)及肝星状细胞(VIM+)，其中肝细胞感染率最高(22.35%);③ HEV 感染导致肝功能异常：白蛋白、FIX 分泌减少，ALT、AST(肝损伤标志物)升高，IL-6(炎症因子)上调，而利巴韦林可逆转 IL-6 升高并部分恢复白蛋白、FIX 分泌，NITD008 也能有效抑制病毒复制。

图3：人类多谱系小肠类器官支持 HEV 感染，且破坏肠道屏障

该图首次证实 hIOs 可支持 HEV 3a 型感染，并揭示感染对肠道屏障的损伤：① 通过 “极性反转” 处理使 hIOs apical 面暴露于培养基后，感染 2 天即可检测到病毒 RNA，6 天达峰值(~5×10^5 copies/mL)，复感染实验证实子代病毒有感染性;② 免疫荧光显示 HEV 可感染所有肠上皮亚型(肠细胞 VIL1+、潘氏细胞 LYZ+、杯状细胞 MUC2+、内分泌细胞 CHGA+)及间质细胞，间质细胞感染率(47.8%)显著高于上皮细胞(27%);③ 感染导致肠道屏障功能紊乱：紧密连接基因 CLDN1、ZO1、OCLN 下调，上皮 - 间质转化(EMT)标志物 NCAD、VIM 上调，炎症因子 IFN-γ1、IL-6 升高，利巴韦林可降低炎症水平但无法完全修复屏障损伤。

图4：HEV 1 型、4 型均可感染小肠类器官，且对利巴韦林敏感

该图补充了不同基因型 HEV 在 hIOs 中的感染特征：① HEV 1 型感染后病毒 RNA 快速升高，4 型则延迟至感染后 4 天检测到，但两者均能产生子代病毒;② 免疫荧光显示 1 型、4 型均感染肠上皮细胞，感染率分别为 22.2%、35.5%;③ 100μM 利巴韦林可显著抑制两种基因型的复制，降低上清病毒 RNA 水平及 ORF2 蛋白表达。

图5：肝 - 小肠类器官系统模拟 HEV “肠 - 肝 - 肠” 感染循环

该图首次在体外重现 HEV 的体内感染路径：① “肠→肝” 方向：HEV 3a 型感染 hIOs 后的上清，可成功感染 hLOs，免疫荧光显示肝细胞(ALB+)被感染;② “肝→肠” 方向：HEV 3a 型感染 hLOs 后的上清，可感染 hIOs，2 天即可检测到病毒 RNA，且上清可进一步复感染新的 hIOs;③ 利巴韦林可抑制 “肝→肠” 方向的病毒传播，证实该系统可用于模拟 HEV 跨器官感染及药物干预效果。

图6：人类脑类器官支持 HEV 感染，且具有神经细胞特异性

该图首次证实 HEV 可感染脑类器官并影响神经细胞功能：① HEV 3a 型感染 hBOs 后，上清病毒 RNA 持续升高，复感染实验证实子代病毒有感染性;② 免疫荧光显示 HEV 可感染多种神经细胞：谷氨酸能神经元(vGLUT2+，感染率 51.9%)、多巴胺能神经元(TH+，21.2%)、GABA 能神经元(GABA+，15.4%)及星形胶质细胞(GFAP+)、少突胶质细胞(OLIG2+);③ 感染导致多巴胺能神经元标志物 TH 表达升高 3 倍，利巴韦林可降低病毒载量并逆转 TH 异常;此外，HEV 1 型可感染 hBOs，4 型则无法检测到病毒复制，提示基因型特异性神经 tropism。

全文总结

本研究首次建立了 iPSC 诱导的肝、小肠、脑多谱系类器官模型，突破了传统体外模型的局限性：不仅支持 HEV 1 型、3a 型、4 型的完整生命周期(感染、复制、产生子代病毒)，还发现了 HEV 的新感染靶点(肝星状细胞、小肠潘氏细胞、多种神经细胞);同时，该模型可重现 HEV 感染的体内病理特征(肝损伤、肠道屏障破坏、神经功能异常)，并验证了利巴韦林、NITD008 的抗病毒效果，甚至模拟了 “肠 - 肝 - 肠” 感染循环。这一平台不仅为 HEV 致病机制研究提供了接近体内的工具，还响应了 FDA “替代动物实验” 的号召，为抗病毒药物筛选、泛基因型 HEV 研究开辟了新路径，对推动 HEV 基础研究与临床转化具有重要意义。