人肺类器官在COVID-19新冠药物筛选中的运用（一）

2021.3.02

王辉

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2020年5月5日，由美国康奈尔医院的Yuling Han团队在生物学预印本bioRxiv中发表的题为《Identification of Candidate COVID-19 Therapeutics using hPSC-derived Lung Organoids》的文章，全球首次报道了用肺类器官模型研究COVID-19及其治疗药物的筛选。

Yuling Han团队建立了人肺类器官SARS-CoV-2感染模型，并成功验证了三种被FDA批准治疗COVID-19感染的药物在该肺类器官模型中有效。

在此之前，都是通过SARS-CoV-2感染细胞系来筛选药物，但是细胞系很难模拟病毒感染后体内病理生理过程中的组织细胞行为，而SARS-CoV-2感染的人类器官可以部分模拟真实器官信号，因此使用该方法筛选的药物更具临床意义。今天就和大家分享一下这篇文章的实验操作。

Part 1
诱导hPSC分化为肺类器官，肺类器官组织对SARS-CoV-2伪病毒感染敏感，且体内外研究结果一致

研究人员们使用多种细胞因子及小分子组合体外定向诱导hPSC分化，使之分化为定型内胚层(DE)，再分化为前肠内胚层(AFE)（前肠内胚层含肺部祖细胞(LPs) )，最终诱导其分化为肺类器官。通过分析单细胞转录组特征，鉴定肺类器官细胞类型，如II型肺泡细胞(AT2细胞, SP-B⁺SP-D⁺ABCA3⁺)、I型肺泡细胞(AT1细胞, PDPN⁺APQ5⁺)、基质细胞、增殖细胞、神经内分泌细胞(ASCL1⁺CALCA⁺)以及气道上皮细胞等(图1a)。

图1a 体外诱导肺类器官细胞类型鉴定

ACE2被公认为SARS-CoV-2的受体，TMPRSS2则是SARS-CoV-2感染细胞的关键跨膜蛋白酶，ACE2和TMPRSS2在SARS-CoV-2感染细胞的过程中发挥重要作用。Yuling Han团队证实肺类器官的AT2细胞表达上述两种分子(图1d)，该研究结果与人肺scRNA-seq数据相一致。

图1d ACE2和TMPRSS2在AT2细胞的表达(SFTPB、SFPTD和 ABCA3为AT2细胞的表面标志物)

研究人员使用表达SARS-CoV-2刺突糖蛋白的水疱性口炎病毒(VSV) - SARS-CoV-2伪病毒感染肺类器官。荧光素酶(LUC)活性检测结果显示SARS-CoV-2伪病毒能轻松入侵人hPSC诱导的肺类器官(图1f)。

图1f ARS-CoV-2伪病毒感染肺类器官荧光素酶(LUC)活性检测结果