揭示乙肝病毒和丁肝病毒如何在肝細胞中建立感染

在一項新的研究中，來自美國普林斯頓大學的研究人員開發出一種新的可擴展的細胞培養系統，它允許對宿主細胞如何應對乙型肝炎病毒（HBV，又稱乙肝病毒）和丁型肝炎病毒（HDV，又稱丁肝病毒）感染進行了詳細調查。相關研究結果于2019年6月17日在線發表在Hepatology期刊上，論文標題為“Analysis of host responses to hepatitis B and delta viral infections in a micro‐scalable hepatic co‐culture system”。

HBV引起的急性疾病通常可由具有完整免疫系統的成年人迅速清除，但是幼兒和HIV患者特別容易患上慢性HBV感染，這可能導致肝硬化或肝癌。 HBV感染也讓人容易感染HDV，這可能導致急性肝衰竭和/或加速進展為肝硬化或肝癌。幸運的是，HBV存在有效的疫苗，并且鑒于HDV需要HBV才能復制，因此這兩者都可以被認為是可預防的疾病。然而，疫苗的費用和有限的可用性讓全世界有數百萬人面臨感染風險。

更好地了解病毒HBV和HDV如何影響它們感染的細胞將有助于開發抗擊甚至治愈感染的藥物，但是這兩種病毒僅感染來自人類和黑猩猩的肝細胞（hepatocyte, 譯者注：也可譯為肝實質細胞，在本文中未特地說明時，肝細胞指的是肝實質細胞）。這些細胞很難獲得，并且當在體外的細胞培養液中培養時，它們經歷一種稱為去分化（de-differentiation）的過程：在短短幾天的過程中，它們失去它們特有的特征和功能。當這種情況發生時，它們也失去了被HBV和HDV感染的能力，從而成為研究慢性病毒感染的重大障礙。

論文通訊作者、普林斯頓大學分子生物學系副教授兼領導人Alexander Ploss說道，“自20世紀80年代中期以來，人們已經嘗試在原代人肝細胞（PHH）中建立穩健且重要的持續性感染，但效果有限。”

對其他組織的研究已表明特殊的細胞類型有時需要其他細胞類型的支持來維持它們的分化狀態。肝實質細胞構成肝臟中的大部分細胞，但是肝臟組織也含有許多其他的細胞類型，它們統稱為“肝非實質細胞（non-parenchymal cell）”。最近，研究生Benjamin Winer與Ploss實驗室和胡日勒公司（Hurel Corporation）的同事們已證實新鮮分離的人肝細胞能夠與肝非實質細胞一起生長在由膠原蛋白制成的支撐表面上。在這種他們稱為原代人肝細胞自組裝共培養物（self-assembling co-culture of primary human hepatocytes, SACC-PHH）的細胞培養系統中，肝細胞保持它們的分化狀態，并能夠支持慢性HBV感染長達40天。

Ploss說道，“這種系統為研究宿主對肝炎病毒的反應創造了前所未有的機會，特別是在持續感染的情況下。”

在這項新的研究中，Winer及其同事們研究了肝細胞如何應對HBV和HDV感染。首先，他們測試了SACC-PHH是否能夠支持這兩種病毒的感染。HBV劫持肝細胞的蛋白制造機器來制造病毒蛋白，HDV利用HBV蛋白進行自我組裝。因此，HDV僅能在與HBV同時感染（co-infection, 共感染）的肝細胞中或者在已遭受HBV慢性感染（super-infection, 重疊感染）的肝細胞中復制。這些研究人員發現這兩種情況都可能發生在SACC-PHH中，即使這種細胞培養系統已經縮小到很小的384微孔培養板---這一進展使得這種系統非常適合候選藥物的高通量篩選。因此，他們發現使用兩種候選抗病毒藥物恩替卡韋（entecavir）和Myrcludex B進行預防性治療能夠降低SACC-PHH中這兩種肝炎病毒的水平。

病毒感染引起宿主細胞的許多變化，從代謝適應到能夠識別和破壞細胞內病毒的先天免疫防御的激活。為了探究肝細胞在遭受HBV/HDV感染時經歷的變化，這些研究人員通過使用RNA-Seq分析技術來研究哪些基因表達。這些數據顯示受到HBV感染的肝細胞表現出參與氧化磷酸化和與細胞外環境相互作用的基因表達升高。相反，進一步受到HDV感染的肝細胞具有與未受到感染的肝細胞相似的基因表達模式。

有趣的是，盡管這些肝細胞的先天免疫信號轉導通路是完整的并且可以通過添加聚肌胞苷酸（poly(I:C)）化學物來加以刺激，但是HBV感染并未激活這些防御。另一方面，用聚肌胞苷酸治療有助于抑制HBV生長，這表明這種病毒在細胞防御的監視下建立持續感染。

先天免疫防御如何影響HBV/HDV共感染似乎顯得更加微妙。用聚肌胞苷酸刺激先天免疫通路對HDV幾乎沒有影響。HBV/HDV共感染也未能激活所研究的大多數人類供者的肝細胞中的防御途徑，但是有些人類供者在這種共感染時顯示出先天免疫激活，這表明人的基因構成可能影響他們抵抗感染的能力。

Ploss說，“我們相信，我們的經過優化的高通量SACC-PHH平臺是研究嗜肝性病原體的獨特資源，而且我們的數據將有助于推進對HBV和HDV持續感染的了解。”