图片来源：© Francois du Plessis - Fotolia.com
伦敦大学学院（UCL）大奥蒙德街儿童医院（GOSH）的研究人员构建了一种新型婴儿肺实验室模型，用于阐明呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus, RSV）导致婴儿病情远重于成人的机制，同时可用于新型治疗方案的筛选。该婴儿气道微型模型采用儿科气道细胞、血管细胞及中性粒细胞（免疫系统应对感染的第一道防线白细胞类群）构建而成。
基于该新型模型开展的研究表明，未来RSV治疗方案需同时靶向病毒本身及宿主免疫应答，以保障婴儿获得最优预后。研究负责人、伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所的Claire Smith博士表示：“该模型可在模拟婴儿气道的人体来源研究体系中观察免疫应答的早期启动过程并开展相关研究，这是动物模型通常难以实现的，尤其是在年龄特异性效应的研究中存在明显局限性。”
Smith作为通讯作者与团队的相关研究成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications），论文题为《中性粒细胞髓过氧化物酶作为RSV严重程度功能性生物标志物：对体外治疗筛选的启示》（Neutrophil myeloperoxidase as a functional biomarker for RSV severity: implications for in vitro therapeutic screening）。研究团队在报告中总结：“上述结果表明中性粒细胞-上皮细胞互作是有效的干预靶点，同时支持采用具有生理相关性的人体模型加速治疗方案的研发，此类方案可在保留抗病毒防御能力的同时限制免疫病理损伤。”
RSV是导致婴幼儿严重呼吸道感染的首要病因，全球每年有超过300万患儿因此住院。RSV感染可引发喘息、呼吸困难，重症患儿需进入重症监护室接受治疗。尽管疾病负担沉重，重症RSV感染的治疗选择仍极为有限。作者在文中指出：“可及性高、疗效确切的治疗方案的缺失，凸显了持续推进RSV治疗及预防技术研发的必要性。”
研究人员进一步指出，RSV感染过程中中性粒细胞会被迅速募集至肺部，在靶向病毒的宿主防御中发挥核心作用。但过度的中性粒细胞浸润及活化也会加剧气道炎症、上皮损伤，与疾病严重程度正相关。“明确RSV感染过程中中性粒细胞的行为及活化特征，包括其跨气道上皮屏障迁移的过程，对于制定可缓解病理性炎症同时不削弱抗病毒应答的治疗策略至关重要。”研究团队表示。
本研究中，团队旨在构建可重现RSV细支气管炎患儿关键临床表型的体外模型。为此，研究人员建立了整合儿科气道上皮细胞、内皮细胞及成人来源中性粒细胞的气液界面（air-liquid interface, ALI）系统，以模拟血液-气道屏障。研究人员指出：“在气液界面条件下培养的分化气道上皮细胞（airway epithelial cells, AECs）为研究中性粒细胞迁移及抗病毒药物对该过程的调控作用提供了具有生理相关性的研究平台。”为对比成人对RSV的应答特征，研究团队同时构建了成人气道模型。
当用RSV感染上述模型时，研究团队发现，相较于成人气道细胞，儿科气道细胞可募集数量显著更多的白细胞。大量白细胞浸润会阻塞婴儿狭窄的气道，进一步加重呼吸困难。
生理状态下中性粒细胞循环于血液中，在感染发生时迁移至肺组织。研究人员发现，在婴儿气道模型中，进入肺组织的中性粒细胞活化水平更高，可诱发比成人模型更强的炎症反应。该效应依赖于免疫细胞实质迁移进入感染组织的过程，而非仅对感染组织释放的化学信号产生应答，这也凸显了该类模型的研究价值。
上述结果表明，除病毒本身外，婴儿气道自身的特性会放大免疫应答并造成肺损伤。论文第一作者、伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所的Machaela Palor博士表示：“这些发现解释了为何婴儿RSV感染的严重程度通常远高于成人，儿科气道可主动调控感染过程中免疫细胞的行为。”
研究人员测试了两种抗病毒药物：瑞德西韦（remdesivir）和RSV604。结果显示，两种药物均可抑制病毒增殖，但仅RSV604可同时抑制过度活化的免疫应答，降低白细胞释放的关键炎症蛋白髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）的水平——婴儿体内MPO高表达与RSV感染重症化直接相关。瑞德西韦无该效应，提示在保护婴儿气道免受免疫介导的损伤方面，不同抗病毒药物的作用存在差异。研究团队指出：“尽管两种药物均可降低病毒载量，但仅RSV604可下调MPO的表达。”
上述结果表明，婴儿重症RSV感染的治疗不能仅局限于病毒抑制，同时调控过度活化的免疫应答同样重要。研究团队表示：“该模型提示MPO可作为治疗效果的评价标志物，靶向中性粒细胞介导的炎症通路或是减轻婴儿RSV感染病理损伤的关键。”
研究人员希望上述发现及新型RSV研究策略可加速研发更适用于婴儿的治疗方案。Smith表示：“我们的模型可同时评估疾病发生的两个核心环节，不仅可以验证药物是否能够抑制病毒，还可评估其是否能够调控婴儿气道的免疫应答。该研究进一步印证了年龄因素在呼吸道感染中的重要性，明确婴儿气道如何调控免疫应答，将是设计更安全、更有效的RSV治疗方案的核心。”
专业注释
- 气液界面（ALI）：模拟体内气道微环境的体外上皮细胞培养体系
- 髓过氧化物酶（MPO）：中性粒细胞活化释放的特征性炎症效应蛋白