從細胞培養(yǎng)物中純化出來的HCV病毒的電子顯微鏡圖片,，圖片來自維基共享資源,。
丙型肝炎是一種能夠導致炎癥和器官衰竭的傳染性疾病，對不同的人有著不同的影響,。但是沒有人確定為什么一些人非常容易感染,，而其他人能夠抵抗感染。
科學家相信如果他們能夠在實驗室中研究不同人的肝細胞,，他們就能夠確定遺傳差異如何產生這些不同的反應,。然而，肝細胞很難獲取而且極其難地在實驗室盤碟中培養(yǎng),，因為當它們離開身體時,，它們傾向于丟失它們正常的結構和功能。
如今,，來自美國麻省理工學院,、洛克菲勒大學和威斯康星醫(yī)學院的研究人員想出一種方法讓從身體組織而不是胚胎中制造出來的誘導性多功能干細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)產生肝樣細胞(liver-like cell)，然后肝樣細胞能被丙型肝炎病毒(HCV)感染,。這些細胞可能能夠讓科學家研究為什么人們對HCV感染產生不同反應,。
這是科學家們第一次能夠在從iPSCs獲得的細胞中建立感染，這一成就也是很多研究小組一直夢寐以求的,。這種新技術最終也可能使得“個人化治療”成為現(xiàn)實：醫(yī)生能夠在從正在接受治療的病人身上獲得的組織上測試不同藥物的有效性，從而為這種病人量身制定治療方法。2012年1月30日,，這些結果在線發(fā)表在PNAS期刊上,。
這項新研究是Sangeeta Bhatia教授、Charles Rice教授和Stephen Duncan教授合作完成的,。
用干細胞產生肝樣細胞
2011年,，Bhatia和Rice曾報道他們通過在指導肝細胞組裝的特殊微圖形化盤碟(micropatterned plate)上培養(yǎng)肝細胞的方式能夠在身體外面誘導肝細胞生長。這些肝細胞能夠被HCV感染,，但是它們不能被用來研究遺傳變異在病毒反應上的作用,，因為它們來自捐獻出來用于移植的器官因而只能代表小群人。
為了制造有更多遺傳變異的細胞,，Bhatia和Rice決定與Duncan合作,，因為Duncan已證實他能夠將iPSCs轉變?yōu)楦螛蛹毎?/p>
這些iPSCs是從正常體細胞---經常是皮膚細胞---中獲得的。通過在這些細胞中開啟某些基因表達,，科學家能夠讓它們退回到與胚胎干細胞相同的未成熟狀態(tài),，其中胚胎干細胞能夠分化為任何細胞類型。一旦這些細胞變成多能性,，人們就可以通過開啟控制肝臟發(fā)育的基因表達從而指導它們變成肝樣細胞,。
在當前的研究論文中，麻省理工學院博士后Robert Schwartz和研究生Kartik Trehan獲得這些肝樣細胞并用HCV感染它們,。為了證實感染確實發(fā)生,，研究人員改造HCV病毒讓它們每次進入生命周期時分泌一種發(fā)光的蛋白。
美國貝勒醫(yī)學院分子和細胞生物學助理教授Karl-Dimiter Bissig說,，“這是一篇非常有價值的論文,，因為在此之前人們從未在iPSCs來源的細胞中證實這種病毒感染是可行的。”Bissig雖未參與這項研究,，但是他補充道下一步就是證實這些細胞能夠被這項研究中未使用的HCV病毒毒株感染,，因為這項研究所用的是一種在日本發(fā)現(xiàn)的罕見毒株。Bhatia研究小組目前正在朝這個目標努力,。
遺傳差異
研究人員最終目標是從對HCV感染有著異常反應的病人身上獲取細胞,，將這些細胞轉變?yōu)楦渭毎脱芯克鼈兊倪z傳特性以便觀察它們?yōu)槭裁慈绱俗鞒龇磻hatia說,，“HCV病毒在一些人身上有著異常強的感染性,，然而其他人非常善于清除它。迄今為止人們還不知道為什么存在這些差異,。”
一種可能的解釋是諸如白細胞介素28(interleukin-28, IL-28)之類免疫分子的表達存在遺傳差異,，因為人們已證實IL-28在細胞對肝炎感染產生反應上起著重要的作用。其他可能的因素包括能夠讓病毒進入細胞的表面蛋白表達以及細胞對病毒接管它們的復制裝置(replication machinery)和其他細胞結構的敏感性,。
Bhatia說,，在這項研究中,，肝樣細胞可與“胎兒晚期”肝細胞相比擬。研究人員如今正在努力制造更加成熟的肝細胞,。
作為長期目標,，研究人員正在力爭為肝炎病人開發(fā)出個人化治療方法。Bhatia說,，人們能夠想象從病人身上獲取細胞,，制造iPSCs，并讓它們形成肝細胞,，然后用感染該病人的相同肝炎病毒毒株感染它們,。醫(yī)生然后就能夠在這些細胞上測試不同藥物以便觀察哪些人最容易能夠清除病毒感染。(生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1073/pnas.1121400109
PMC:
PMID:
Modeling hepatitis C virus infection using human induced pluripotent stem cells
Robert E. Schwartz, Kartik Trehan, Linda Andrus, Timothy P. Sheahan, Alexander Ploss, Stephen A. Duncan, Charles M. Rice, and Sangeeta N. Bhatia
Human pathogens impact patient health through a complex interplay with the host, but models to study the role of host genetics in this process are limited. Human induced pluripotent stem cells (iPSCs) offer the ability to produce host-specific differentiated cells and thus have the potential to transform the study of infectious disease; however, no iPSC models of infectious disease have been described. Here we report that hepatocyte-like cells derived from iPSCs support the entire life cycle of hepatitis C virus, including inflammatory responses to infection, enabling studies of how host genetics impact viral pathogenesis.
