巨噬细胞增强型类器官重现病毒疾病复杂病理生理学并促进多靶点治疗药物开发

急性病毒性疾病的病理生理学机制复杂，其特征是免疫细胞驱动的强烈炎症反应，导致组织损伤。目前可用的体外模型主要重现病毒生命周期，但无法模拟免疫细胞介导的发病机制。传统的永生化细胞系和三维培养的类器官模型主要局限于重现病毒的生命周期，未能捕获病毒疾病的复杂病理生理学，包括免疫细胞介导的发病机制。此外，在这些培养物中开发或测试的治疗药物仅限于抗病毒治疗方案。

肝脏具有独特的免疫学环境，在代谢中发挥重要作用，例如通过产生的胆汁。它是嗜肝性和非嗜肝性病毒入侵的优选部位。在五种经典的嗜肝性病毒中，戊型肝炎病毒(HEV)是急性病毒性肝炎最常见的原因。此外，临床和实验证据表明肝细胞和胆管细胞(肝脏中的两种主要细胞类型)对严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)感染具有易感性。一项荟萃分析报告新冠肺炎患者肝损伤发生率为40%。虽然很少研究猴痘病毒(MPXV)感染与肝损伤的关联，但一个历史病例报告记录了一名死于猴痘病的儿童肝脏切片中几乎所有细胞都被病毒感染。

近期，发布在Nature biomedical engineering期刊，题为Macrophage-augmented organoids recapitulate the complex pathophysiology of viral diseases and enable development of multitarget therapeutics的研究通过将巨噬细胞整合到源自人类肝脏组织的类器官中，建立了免疫增强类器官，并将其命名为巨噬细胞增强类器官(MaugOs)。研究表明，MaugOs能够捕捉病毒病理生理学的多维度特征，并支持开发针对病毒和病理性炎症的多靶点治疗策略。

研究结果

1，巨噬细胞增强型类器官(MaugOs)的建立与表征：研究者通过将巨噬细胞整合到源自人类肝脏组织培养的胆管内类器官(ICOs)中，成功建立了MaugOs模型。通过优化Matrigel浓度并将分段的ICOs与THP-1巨噬细胞共同播种，两种细胞类型可在24小时内逐渐迁移并整合成球状结构形成MaugOs。该模型可使用来自不同供体的类器官高效构建，并通过光学成像、免疫荧光和苏木精-伊红(H&E)染色进一步表征其形态学特征。全基因组转录组学分析显示，与单独的ICOs或巨噬细胞相比，MaugOs呈现中间模式的基因表达谱。

图1 MaugOs的建立与形态特征研究

2，多种巨噬细胞类型的功能验证：研究建立了整合原代单核细胞分化、hiPSC来源和肝脏巨噬细胞的MaugOs，证明了巨噬细胞在类器官中包封的一致效率。功能性检测基于对细菌脂多糖(LPS)的响应，通过定量特定炎症基因面板(包括IL-1β、IL-6和TNFα)来评估。所有类型的巨噬细胞都能响应LPS激活，重要的是，MaugOs也能有效响应LPS并诱导大多数测试的炎症基因表达，除了整合肝脏巨噬细胞的MaugOs仅显示轻微激活。研究观察到一个意外现象，即ICOs与肝脏巨噬细胞的直接接触已经触发了强烈的炎症基因表达激活。

图2 MaugOs形态与功能特征研究

3，HEV和SARS-CoV-2感染模型的成功建立：MaugOs成功支持HEV和SARS-CoV-2的感染并触发炎症反应。在HEV感染中，观察到病毒从最初感染的ICOs传播到巨噬细胞，通过病毒双链RNA(dsRNA)和ORF2病毒蛋白的免疫荧光染色得到证实。HEV RNA水平在接种病毒后12-24小时显著升高约40倍，表明强劲的病毒复制。重要的是，与未感染的MaugOs相比，炎症基因(如IL-1β、IL-6、IL-10、IL-12、TNFα、CCL2和CCL4)的表达在MaugO组装后12小时和24小时显著增加。

图3 MaugOs系统重现了HEV感染与炎症反应

4，极化巨噬细胞亚型的差异反应：研究发现M1促炎性巨噬细胞整合的MaugOs对HEV感染最敏感，显示出这些基因的最高诱导水平和最高的IL-1β分泌水平。有趣的是，M1巨噬细胞整合的MaugOs具有最低的细胞内病毒RNA水平，但在上清液中产生最高水平，表明促炎性M1巨噬细胞在HEV感染后具有更好的触发炎症性细胞死亡能力。通过乳酸脱氢酶(LDH)释放和cleaved caspase-3检测证实，HEV感染在M1巨噬细胞整合的MaugOs中触发了最高水平的炎症性细胞死亡。

图4 类器官通过极化巨噬细胞增强后，再现了HEV感染、炎症反应及炎症性细胞死亡过程

5，人胆汁对HEV复制和炎症反应的多功能作用：研究发现人胆汁及两种代表性原发胆汁酸能剂量依赖性地抑制HEV复制。这种抗HEV活性主要通过胆汁酸受体FXR介导，使用FXR拮抗剂z-鸟苷固醇酮(ZGG)可完全逆转该效应。在MaugOs中，胆汁不仅抑制HEV复制，还能抑制HEV触发的炎症基因表达，但这种抗炎效应不受ZGG影响，而是至少部分通过TGR5途径介导，使用TGR5拮抗剂SBI-115可逆转该效应。

图5 人类胆汁对戊型肝炎病毒感染及炎症反应的影响

6，多靶点治疗策略的概念验证：研究证明了结合抗病毒和抗炎治疗的概念。在HEV感染的MaugOs中，利巴韦林(临床用于治疗戊型肝炎的抗病毒药物)与MCC950(NLRP3抑制剂)的组合导致病毒复制和IL-1β分泌的同时抑制，而单独使用利巴韦林或MCC950仅分别抑制HEV复制或IL-1β产生。类似地，利巴韦林与地塞米松的组合显著抑制HEV复制和炎症效应因子的表达和分泌，并且抗炎治疗减轻了LDH释放，表明抑制了裂解性炎症性细胞死亡。

图6 药物靶向NLRP3炎症小体与抗病毒治疗在MaugOs中的联合应用

全文总结

本研究建立的MaugOs模型成功整合了病毒感染、免疫反应和组织损伤等多个病理生理学维度，为病毒疾病的复杂发病机制提供了更准确的体外模型。该模型不仅能够重现病毒生命周期，还能捕获免疫细胞介导的炎症反应和组织损伤，填补了传统模型的重要空白。研究证明了同时靶向病毒复制、炎症反应和炎症性细胞死亡的多靶点治疗策略的优势，为开发更有效的抗病毒治疗方案提供了新思路。此外，该模型的建立有助于推动生物医学研究向无动物模型的转变，为人类疾病研究提供了更人性化和更具预测性的平台。