Science：48年謎團(tuán)終解決！利用人腸道細(xì)胞培養(yǎng)物成功地培養(yǎng)人諾如病毒

2016年08月31日訊 全世界急性腹瀉的主要病毒性病原---很難研究，這是因?yàn)榭茖W(xué)家們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種方法在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)它們。如今，在Albert Kapikian博士鑒定出人諾如病毒是急性腹瀉的一種病因40多年后，來(lái)自美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員首次成功地在人腸道上皮細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)物中培養(yǎng)諾如病毒。這項(xiàng)成果代表著人胃腸炎病毒研究取得一項(xiàng)重大進(jìn)展，這是因?yàn)樗⒁环N能夠培養(yǎng)許多諾如病毒毒株的系統(tǒng)，這將允許科學(xué)家們探究和開(kāi)發(fā)新的策略來(lái)預(yù)防和阻止感染，以及更好地理解諾如病毒的生物學(xué)特征。

論文通信作者、貝勒醫(yī)學(xué)院人類、分子病毒學(xué)和微生物學(xué)教授Mary Estes博士說(shuō)，“長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直試圖在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)諾如病毒。在過(guò)去的20年里，我們也嘗試過(guò)。盡管采取過(guò)所有的努力，以及成功地培養(yǎng)其他的病毒，但是諾如病毒為何如此難以培養(yǎng)仍然是個(gè)謎?！?/p>

諾如病毒，也被稱作游輪病毒（cruise ship virus），在通常支持其他病毒生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)物---如源自癌變組織的轉(zhuǎn)化細(xì)胞---中并不生長(zhǎng)。此外，諾如病毒是物種特異性的---人諾如病毒只感染人類和導(dǎo)致人類患病，而小鼠諾如病毒只在小鼠體內(nèi)這樣做。人諾如病毒并不在小鼠或通常用于研究的其他小型模式動(dòng)物體內(nèi)生長(zhǎng)。

Estes說(shuō)，“我的想法是我們之所以沒(méi)有成功地培養(yǎng)諾如病毒，是因?yàn)槲覀儧](méi)有合適的細(xì)胞類型。我們首先證實(shí)在慢性諾如病毒感染的病人體內(nèi)，這種病毒能夠在被稱作腸上皮細(xì)胞（enterocyte）的腸道細(xì)胞中檢測(cè)出，但是在培養(yǎng)時(shí)，正常的人腸上皮細(xì)胞快速地死掉。當(dāng)我們了解到荷蘭的Hans Clevers團(tuán)隊(duì)已開(kāi)發(fā)一種方法來(lái)制造一種新類型的人腸上皮細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)（包括腸上皮細(xì)胞）時(shí)，我們才取得突破。這些新的人多細(xì)胞培養(yǎng)物，被稱作類腸道組織（enteroid），是由來(lái)自病人組織的成體腸道干細(xì)胞制作出來(lái)的。我們期待將這種病毒放入這些非轉(zhuǎn)化的人細(xì)胞培養(yǎng)物中，應(yīng)會(huì)讓這種病毒生長(zhǎng)?！?/p>

論文共同第一作者、Estes實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員Khalil Ettayebi博士說(shuō)，“我在5年的時(shí)間里一直與Estes博士一起努力嘗試培養(yǎng)這種病毒。我們嘗試了很多方法，但是僅獲得負(fù)面的結(jié)果，直到我們開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室中使用這些新的源自人干細(xì)胞的類腸道組織培養(yǎng)物?！?/p>

這花了Estes和同事們大約1年的時(shí)間讓這些人腸道上皮細(xì)胞培養(yǎng)物在實(shí)驗(yàn)室中良好地生長(zhǎng)。隨后，在利用這些培養(yǎng)物培養(yǎng)諾如病毒之前，他們利用這些培養(yǎng)物試著培養(yǎng)另一種人胃腸道病毒---輪狀病毒（rotavirus）。

Estes說(shuō)，“輪狀病毒能夠在這些人腸道上皮細(xì)胞培養(yǎng)物中生長(zhǎng)良好。隨后，我們嘗試培養(yǎng)人諾如病毒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一些毒株能夠生長(zhǎng)，但是另一些毒株不能夠。我們猜測(cè)仍然有些東西缺失了?！?/p>

研究人員通過(guò)將自然條件下存在于小腸上段中的物質(zhì)加入到這些培養(yǎng)物中來(lái)試圖改善諾如病毒的生長(zhǎng)，其中小腸上段是這種病毒生長(zhǎng)的自然環(huán)境。其他的腸道病毒，如輪狀病毒，利用這些物質(zhì)在體內(nèi)生長(zhǎng)。

論文共同作者、貝勒醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)與微生物學(xué)教授David Y. Graham博士說(shuō)，“人體通過(guò)分泌來(lái)自胰腺的酶和來(lái)自肝臟的膽汁到小腸中對(duì)攝取的食物作出反應(yīng)。胰腺酶消化大分子和膽汁讓脂肪溶解掉。導(dǎo)致胃腸道炎的病毒，如諾如病毒，利用胰腺酶觸發(fā)它們復(fù)制，但是這些酶對(duì)諾如病毒沒(méi)有影響。我們尋思，如果胰腺酶不重要的話，那么膽汁是允許諾如病毒識(shí)別它在哪里和進(jìn)行復(fù)制的一種關(guān)鍵組分嗎？”

Estes說(shuō)，“當(dāng)我們將膽汁加入到這些培養(yǎng)物中時(shí)，之前不能生長(zhǎng)的諾如病毒毒株如今大量地生長(zhǎng)。”

論文共同第一作者、Estes實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Kosuke Murakami博士說(shuō)，“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)膽汁允許人諾如病毒成功地復(fù)制時(shí)，我最為激動(dòng)?！?/p>

論文共同第一作者、貝勒醫(yī)學(xué)院分子病毒學(xué)與微生物學(xué)助理教授Sue Crawford博士說(shuō)，“這種新的培養(yǎng)系統(tǒng)將最終允許我們深入認(rèn)識(shí)這種病毒如何導(dǎo)致疾病?！?/p>

Estes說(shuō)，“我們最終解決了這個(gè)持續(xù)了48年的古老秘密。我們加入膽汁到這些培養(yǎng)物中，從而能夠在模擬腸道環(huán)境的培養(yǎng)物中培養(yǎng)諾如病毒。膽汁對(duì)幾種重要的細(xì)菌性致病原而言是至關(guān)重要的，但是這是第一次證實(shí)膽汁在人腸道病毒復(fù)制中起著重要作用。”

這些人腸道上皮細(xì)胞培養(yǎng)物是非常獨(dú)特的，而且研究人員期待這些培養(yǎng)物將允許他們解答重要的問(wèn)題，比如為何一種諾如病毒毒株能夠感染這個(gè)人而不會(huì)感染另一個(gè)人。

Estes說(shuō)，“這些新的培養(yǎng)物是非常令人關(guān)注的，這是因?yàn)樗鼈兙哂行∧c不同區(qū)域的性質(zhì)，而且擁有生理學(xué)活性。每種培養(yǎng)物是獨(dú)特的，能夠反映建立這種培養(yǎng)物的個(gè)人的遺傳特征。這允許我們證實(shí)一些培養(yǎng)物，如同一些人一樣，僅對(duì)一種或多種人諾如病毒毒株是敏感的。這些培養(yǎng)物將允許我們確定這種毒株僅限制在一些人而不是其他人體內(nèi)復(fù)制的機(jī)制。”

這是首個(gè)例子來(lái)說(shuō)明人腸道上皮細(xì)胞培養(yǎng)物能夠被用來(lái)培養(yǎng)一種之前不能夠培養(yǎng)的病原體。

Estes說(shuō)，“我預(yù)測(cè)通過(guò)改變某些條件，這種新的培養(yǎng)系統(tǒng)將允許培養(yǎng)我們此刻不能夠培養(yǎng)的其他病毒或細(xì)菌。如果我們?nèi)〉贸晒Φ脑挘敲此鼘⒂兄_(kāi)發(fā)有效的方法來(lái)阻止和治療感染、測(cè)試疫苗、切斷傳播，以及更好地理解這些微生物如何感染人、對(duì)人體防御作出反應(yīng)和進(jìn)化?！?/p>

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