Science Advances:类器官支持埃博拉病毒的高效感染和动态转运机制研究

埃博拉病毒（Ebola virus, EBOV）是一种属于丝状病毒科（Filoviridae）的包膜、负义单链RNA病毒，它在中非和西非地区周期性爆发，对人类健康构成严重威胁。2013至2016年的西非疫情是有史以来规模最大的一次，导致了约28,000人感染和近11,000人死亡。EBOV的主要症状包括出血热、胃肠症状和多器官功能障碍综合征。皮肤表现，如斑丘疹和瘀点，也与人类和非人灵长类动物的EBOV感染有关。EBOV主要通过直接接触感染者或其体液传播，黏膜传播被认为是一个重要的途径。在2013至2016年西非EBOV疫情期间，有证据表明感染个体的皮肤表面在感染后期存在病毒，这暗示了皮肤接触可能是人与人之间传播的一个潜在重要来源。然而，病毒如何到达皮肤表面，以及哪些皮肤细胞支持感染，这些机制尚未完全明了。

在研究进展方面，尽管已有研究通过免疫组化染色发现感染者皮肤中存在EBOV抗原阳性细胞，但之前的研究并未对EBOV抗原与细胞类型进行共标定，因此未能明确哪些皮肤细胞群支持EBOV感染并导致病毒传播至皮肤表面。此外，缺乏稳健且可复制的皮肤感染模型是定义皮肤在病毒载量和传播中作用的一个主要障碍。这些研究空白和不足突显了对EBOV皮肤感染机制深入研究的必要性，以及开发新的模型系统来更好地理解EBOV与皮肤细胞的相互作用。

本研究的价值和意义在于，它通过建立一个人类皮肤外植体模型，不仅鉴定了支持EBOV感染的真皮和表皮细胞亚群，还展示了EBOV如何从皮肤基底表面传播至表皮表面。这些发现不仅为理解EBOV如何通过皮肤传播提供了新的视角，而且为抗EBOV药物的研究提供了一个高度相关的平台，这对于控制和预防EBOV的传播具有重要意义。此外，该研究还强调了皮肤作为物理屏障在病原体进出中的作用，并为未来研究提供了新的科学问题，例如EBOV如何利用特定的皮肤细胞受体进行感染，以及宿主的先天免疫反应如何影响EBOV在皮肤中的传播。

在探索埃博拉病毒（EBOV）如何通过皮肤传播的科学问题上，研究者们提出了一个关键的猜想或假说：特定的皮肤细胞类型可能支持EBOV的感染，并且病毒能够通过这些细胞动态转移到皮肤表面。为了验证这一假说，研究者们采用了一种创新的研究思路，即利用人类皮肤外植体模型来模拟EBOV感染的过程。这种方法允许研究者们在体外环境下观察病毒如何在皮肤的不同层级中传播，以及哪些细胞类型对病毒的感染和传播至关重要。

通过将EBOV接种到皮肤外植体的基底介质中，研究者们观察到病毒滴度随时间及剂量的增加而增加，表明EBOV感染在皮肤外植体中是时间依赖性和剂量依赖性的。免疫组化染色的结果进一步揭示了在真皮层中，表达HLA-DR、IBA1、CD31和CD140ab的细胞与EBOV抗原共定位，而在表皮层中，CK5+的角质形成细胞也显示出病毒抗原的阳性。这些结果表明，多种皮肤细胞类型支持EBOV的感染，并且病毒能够在皮肤的不同层级中传播。

研究结果的分析与阐述显示，EBOV不仅在真皮层的多种细胞类型中复制，而且在表皮层的角质形成细胞中也能检测到病毒。特别是在实验的后期，即感染后第8天或更晚时间点，表皮层中病毒阳性细胞的数量显著增加，这表明病毒可能通过感染表皮细胞而到达皮肤表面。此外，研究者们还发现，病毒能够从基底介质穿过皮肤层到达表皮表面，这为EBOV通过皮肤接触传播提供了可能的机制。

总结与结论部分，研究明确了EBOV在人类皮肤中的感染动态和传播路径。研究结果强调了真皮和表皮细胞在EBOV感染和传播中的重要作用，特别是纤维母细胞和角质形成细胞在病毒传播至皮肤表面过程中的关键角色。这些发现不仅为理解EBOV的传播机制提供了新的视角，而且为开发针对EBOV感染的抗病毒策略提供了潜在的靶点。

新的延伸问题和下一步实验的引出在于，尽管研究已经确定了EBOV感染的皮肤细胞类型，但是对于病毒如何利用这些细胞进行传播的具体分子机制仍然不清楚。未来的研究需要深入探索EBOV与皮肤细胞受体之间的相互作用，以及宿主的先天免疫反应如何影响病毒在皮肤中的传播。此外，研究者们还需要评估不同抗病毒药物在皮肤外植体模型中的有效性，以期找到更有效的预防和治疗EBOV感染的方法。

在文中提到的图1展示了人类皮肤外植体模型的建立和EBOV感染的动态过程，其中图1B特别强调了病毒滴度随时间的变化，这是理解EBOV在皮肤中传播的关键证据。图2则详细展示了不同皮肤细胞类型与EBOV抗原的共定位，这为确定哪些细胞类型支持EBOV感染提供了直观的证据。这些图表不仅支撑了研究的结论，而且为进一步的研究提供了方向。

在这项研究中，虽然并未直接使用类器官或类器官芯片技术，但是研究者们采用了人类皮肤外植体模型，这种模型在某些方面与类器官或类器官芯片有相似之处，尤其是在模拟人体组织和器官功能方面。以下是该研究中人类皮肤外植体模型的培养步骤及其应用目的：

培养步骤：

1. 皮肤样本获取： 研究者们首先从不进行身份识别的手术中获得健康成人的皮肤样本，这些样本通常来源于乳房缩小手术或男性腹部去脂手术。

2. 样本处理： 皮肤样本经过消毒处理，并去除多余的脂肪组织。

3. 制备外植体： 使用打孔器从皮肤样本中取得3到8毫米直径的全层皮肤活检样本，并将样本真皮面朝下放置在透膜插入孔中，确保只有基底表面与培养基接触。

4. 培养条件： 将外植体放置在含有MEM或高糖DMEM、10%胎牛血清、抗生素和抗真菌药物的完整培养基中，并在37°C、5% CO2的条件下培养。

5. 病毒接种： 在培养开始后的24小时内，将EBOV接种到基底培养基中，并监测病毒感染长达17天。

应用目的：

1. 模拟EBOV感染： 该模型用于模拟EBOV在人类皮肤中的感染过程，以研究病毒如何在皮肤中传播和定位。

2. 识别感染细胞类型： 通过免疫组化染色和共标定技术，研究者们识别出在真皮和表皮中支持EBOV感染的细胞亚群，包括HLA-DR+、IBA1+、CD31+和CD140ab+细胞。

3. 研究病毒传播路径： 该模型揭示了EBOV从皮肤基底表面传播至表皮表面的路径，这对于理解EBOV的传播机制至关重要。

4. 抗EBOV药物测试： 利用该模型，研究者们评估了多种已知EBOV抑制剂对EBOV或rVSV/EBOV GP感染的阻断效果，为抗病毒药物的研究提供了一个中间模型系统。

尽管该研究没有直接涉及类器官或类器官芯片技术，但人类皮肤外植体模型的应用目的与类器官技术相似，都是为了更好地模拟和研究人体组织在疾病状态下的反应，以及为药物开发和测试提供平台。

这项研究的特色与创新之处主要包括：

1. 人类皮肤外植模型的建立：

• 该研究建立了一个人类皮肤外植模型，用于研究埃博拉病毒（EBOV）对皮肤的感染，这是一个新颖的方法，因为它模拟了病毒如何在人类皮肤中传播和迁移。

• 研究揭示了多种皮肤细胞类型（包括髓系、内皮和成纤维细胞）能够支持EBOV感染，这增加了对EBOV感染机制的理解，并可能解释人与人之间通过皮肤接触传播的途径。

• 通过使用GFP标记的EBOV，研究人员能够实时观察到病毒在皮肤外植模型中的传播和迁移，这为理解病毒如何到达皮肤表面提供了直接证据。

• 研究确定了AXL和NPC1作为EBOV进入皮肤细胞的关键受体，这一发现对于开发针对EBOV感染的抗病毒治疗策略具有重要意义。

• 该研究提供了一个体外测试平台，用于评估已知EBOV抑制剂对EBOV或rVSV/EBOV GP感染的阻断效果，这对于药物开发和抗病毒策略的评估具有重要价值。

• 研究不仅描述了EBOV在皮肤细胞中的感染，还深入分析了病毒如何与皮肤细胞相互作用，包括病毒如何在皮肤细胞内复制和迁移。

这些特色和创新点不仅增进了我们对EBOV感染机制的理解，而且为开发新的预防和治疗策略提供了重要的科学基础。

与千万同行共同关注类器官！