Science：攻克長達48年的難題，首次在人類腸道細胞培養諾如病毒

知識 08-29

諾如病毒——急性腹瀉的主要誘因

人類諾如病毒（Human noroviruses），是全球各地引起急性腹瀉的主要病原體，全年均可發生感染，但每年10月到次年3月是暴發流行的高發季，也被稱為「冬季嘔吐病」。感染者一般在攝入病毒後24-48小時出現癥狀，發病突然，主要癥狀為噁心、嘔吐、腹部痙攣性腹瀉等。

據統計，美國每年的非細菌性腹瀉有60-90%是由諾如病毒引起；荷蘭、英國、日本、澳大利亞等發達國家情況不相上下；中國5歲以下腹瀉兒童中，諾如病毒檢出率為15%左右，血清抗體水平調查表明中國人群中諾如病毒的感染亦十分普遍。

儘管「諾如病毒」感染性腹瀉的情況非常普遍，但是目前仍然沒有疫苗和特效藥物。此外，關於「諾如病毒」的機制很難研究，因為自Albert Kapikian教授在1968年首次從急性腹瀉患者糞便分離出來後，科學家一直未找到合適的方式在實驗室里培養該病毒。

人類諾如病毒：高度的物種專一性，難以培育

諾如病毒，又稱諾瓦克病毒（Norwalk Viruses，NV），具有高度的物種專一性，即人類諾如病毒是只感染人類，鼠類諾如病毒只感染鼠類。因此，人類諾如病毒不能在小鼠或其他模型上進行生長和研究。

因此，人類諾如病毒無法感染生物醫學研究中常用的任何物種，如小鼠、大鼠或兔子。人類諾如病毒甚至不能感染培養皿中的人類細胞。

首次在人類腸道細胞培養諾如病毒

近日，貝勒醫學院的科學家們終於攻克了這個困擾人類40多年的難題，首次在實驗室里的人類腸道上皮細胞上培養了諾如病毒，並將這項成果發表在8月25日的《科學》（Science）上。這意味著人類向胃腸炎病毒的研究邁向了重要的一步。

貝勒醫學院分子病毒學教授、文章的資深作者Mary Estes表示：數十年來，人類一直嘗試在實驗室里培育諾如病毒，其所在實驗室也嘗試了20多年，儘管在培育的過程中找到了很多其他病毒，但是一直很難找到諾如病毒的工作機制。

為構建適合人類諾如病毒的細胞花了5年時間

經過多年的探索，Estes教授發現之所以培育不了人類諾如病毒，是因為找不到合適的細胞類型。後來，他們首次在慢性諾如病毒感染的患者身上發現：該病毒可以在腸上皮細胞上被檢測到，但是在正常的腸上皮細胞上培育的病毒會迅速死亡。

荷蘭的Hans Clevers團隊曾開發出了一種全新的包括腸上皮細胞的人類腸道上皮細胞培養系統，這種新型的、多細胞人源化培養系統叫做「enteroids」，是從患者組織里提取的成年的腸道幹細胞。於是Estes教授團隊經過5年多時間的探索，在嘗試了眾多方法失敗後，他們開始使用全新的經腸道分離的人體幹細胞培育。一年後，他們終於在實驗室里獲得了生長良好的人腸上皮細胞。

膽汁，是最適合人類諾如病毒生長的培養基

而後，在他們測試諾如病毒之前，他們首先測試了另外一種人類胃腸病毒——輪狀病毒（rotavirus），發現輪狀病毒在人腸上皮細胞中培育的非常好。

在嘗試人類諾如病毒時，卻發現僅有少數菌株生長可以，其他的均不能存活。於是，他們加入了一些其他自然存在於小腸上部的培養物質。

眾所周知，人體對食物的反應是由胰腺和膽汁分泌的酶從肝臟分泌到小腸內的。胰腺酶消化大分子和膽汁來溶解脂肪。輪狀病毒利用胰腺酶觸發其複製來引起的胃腸炎；但這些酶對諾如病毒並沒有影響。

因此，科學家猜測，既然酶不起作用，那麼膽汁是否會成為允許病毒的複製的基質呢？於是，科學家加入了膽汁，並發現了之前未生長的菌株都存活了。

科學家們為他們的發現而感到震驚，原來膽汁是存進人類諾如病毒複製的「催化劑」。

研究意義：進一步探索預防和治療感染的途徑

就在這項研究發表的前幾天，華盛頓大學和Broad研究所的科學家小組在CRISPR/Cas9技術的幫助下，找到對小鼠諾如病毒感染至關重要的基因。但是小鼠諾如病毒並不能感染人類，也難以成為研究藥物或者疫苗的方法。

該項突破建立了一個人類諾如病毒可以生長的生態系統，有助於研究人員進一步探索預防和治療感染的途徑，並更好地理解諾如病毒的生物學機制。

過去無法在實驗室里培養的人類諾如病毒，將在這個全新的系統中進行培育，提高了科學家未來開發抗病毒藥物的能力。

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