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《Nature Communications》重磅！人多能干细胞来源的肝脏类器官（hPLO）成功模拟登革热病毒感染，助力抗病毒药物筛选与研发

发布日期：2025-09-16

编辑：市场部

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《Nature Communications》重磅！

人多能干细胞来源的肝脏类器官（hPLO）成功模拟登革热病毒感染，助力抗病毒药物筛选与研发

登革热病毒（Dengue virus，DENV）已构成重大全球健康威胁，每年约影响1亿-4亿人。但目前其感染机制与致病过程并未完全阐明，且尚无获批用于治疗登革热的抗病毒药物。本研究利用人多能干细胞（hPSC）来源的肝脏类器官（hPLO）模型，用于表征DENV感染并进行抗病毒药物筛选。

登革热病毒（DENV）感染是传播速度最快的蚊媒病毒性疾病，已构成重大全球健康威胁，并被世界卫生组织列为三级紧急事件。临床研究表明，登革热病毒感染可导致肝脏病变，肝组织中可检测到坏死灶及病毒抗原的存在；然而，肝脏在DENV感染中的具体作用和机制尚未明确。由于登革热病毒主要通过埃及伊蚊叮咬在人际间传播，现有的研究模型（如动物模型和细胞系）难以准确模拟人体内的真实感染情况。此外目前尚无抗登革热病毒的特效药物。因此，开发有效的登革病毒感染治疗方案显得尤为迫切。

为解决上述问题，本研究利用人类多功能干细胞（hPSC），培育出高度模拟人类肝脏的类器官（hPLO），并基于该模型建议一种更接近人体真实感染状态的DENV感染系统，最终将其应用于抗病毒药物的筛选。

研究方法

1、hPLOs模型构建

a. 分化方案：作者基于现有hPLOs分化方法进行优化。利用某些试剂、培养基将hPSCs从单层（2D）阶段培养至肝脏类器官hPLOs（3D）。该类器官包含多种肝细胞类型：肝样细胞、胆管细胞样细胞、肝星状样细胞。

b. 模型验证：通过免疫荧光染色、透射电子显微镜及各种染色等方法验证hPLOs是否表达成熟肝脏细胞的关键标志物和功能。

2、病毒感染模型

a. 感染方案：使用DENV-2对第25天或第50天的hPLOs进行感染。

b. 模型验证：通过免疫荧光、RT-qPCR、透射电子显微镜等方法验证DENV-2能否成功感染hPLOs。

3、抗病毒药物筛选

筛选方案：利用已建立好的病毒感染模型，对一批目前已知的抗病毒化合物进行测试，验证该hPLOs平台用于药物筛选的可行性。

研究结果

1、hPLOS具备多种肝脏功能特征，证明其是一个高度仿生的肝脏微环境模型。

研究发现靠近顶膜的相邻胆管细胞之间存在紧密连接（TJ）以及顶膜表面有丰富的微绒毛（MVs）；同时，对hPLOs进行CDFDA染色，证明肝内胆管形成。此外，还对hPLOs进行罗丹明123染色、PAS染色等实验证明hPLOs具备主动运输、糖原储存以及分泌和代谢功能。诸多数据表明hPLOs具备多种肝脏功能的特征，是一个高度仿生的肝脏微环境模型。

2、DENV-2成功感染肝脏类器官hPLOs

数据表明，第25天的hPLOs在感染DENV-2的第2天，健康状态的hPLOs（中空透明）变为小且实心的球体，并且在感染第6天，超90%的hPLOs的形态发生显著变化；而灭活的DENV-2（MOCK组）对hPLOs的形态和状态却没有影响。同时，通过对hPLOs进行活/死细胞染色发现，DENV-2在感染hPLOs的第4天就导致细胞发生死亡，而MOCK组的hPLOs均保持活力。

此外，作者在指定时间收集培养上清液并进行RT-qPCR和空斑形成实验，发现在感染后第2天至第8天，上清液中DENV-2的RNA和病毒颗粒显著增多；且在感染第6天，DENV-2抗原广泛分布在hPLOs中。这些结果表明DENV-2可以在hPLOs中有效感染和复制，并可导致其细胞死亡和形态变化，其病理表现与重症登革热病例高度吻合。

3、DENV-2感染hPLOs的致病机制

作者通过分析不同肝细胞类型在不同感染时间点的差异表达基因（DEGs），发现肝样细胞和增殖性肝样细胞中线粒体功能相关基因显著下调；而在胆管样细胞和星状样细胞中发生强烈的抗病毒反应，干扰素刺激基因和免疫反应通路显著上调。总之，研究结果表明，DENV致病具有细胞类型特异性机制：DENV-2导致肝细胞的线粒体功能发生障碍，造成细胞损伤和死亡；相反，胆管样细胞和星状样细胞则可通过有效的免疫应答来抵抗病毒。

4、在hPLOs模型进行抗病毒药物筛选

作者对感染的hPLOs测试了几种具有抗DENV活性的化合物，发现只有7DMA和JNJ1802可恢复已感染hPLOs的表型并显著降低病毒载量。鉴于氧化应激和线粒体损伤是细胞死亡的关键因素，因此作者使用具有线粒体保护功能的ORES处理感染的hPLOs，数据表明ORES的效果与7DMA和JNJ1802相当（已知ORES可通过激活Nrf2通路缓解氧化应激，保护肝细胞免受氧化应激和线粒体功能障碍的影响）。

为了验证ORES的抗病毒功能可能是源于其激活Nrf2信号通路，作者利用RTA 408（Nrf2激活剂）来验证该假设，后续数据也证实了该猜想。

研究表明激活Nrf2可能是治疗DENV-2的潜在靶向途径。