人肺类器官在COVID-19新冠药物筛选中的运用（二）

研究人员将SARS-CoV-2伪病毒注射入移植体，24小时后检测到SP-B⁺AT2细胞荧光素酶(LUC)的表达显著高于对照组(图1j)。LPs诱导形成的肺异种移植体对SARS-CoV-2病毒感染同样敏感。  

图1j SARS-CoV-2伪病毒感染肺异种移植体

Part 2 
考察SARS-CoV-2感染肺类器官可以模拟COVID-19的病理特点

研究人员将肺类器官与SARS-CoV-2共培养，考察SARS-CoV-2感染肺类器后病理变化，感染24小时后，肺类器官中SARS-CoV-2 DNA及SARS-S蛋白含量显著升高(图2a,b)，RNA序列检测结果证实了SARS-CoV-2的强劲复制。研究人员还发现肺类器官中趋化因子及细胞因子表达显著上调，但并未检测到I型和III型IFNs。
 

图2 a,b  肺类器官中SARS-CoV-2 DNA及SARS-S蛋白含量检测结果

基因集合富集分析(GSEA)结果显示，感染的肺类器官多条信号通路上调，如TNF信号通路、IL-17信号通路、趋化因子信号通路等，其中IL-17信号通路的上调与COVID-19患者肺组织的检测结果相一致(图2f, h)。以上研究结果均表明人肺类器官模型可以作为研究SARS-CoV-2感染以及致病机制的工具。
 

图2f  hPSC诱导的肺类器官与对照组相比不同信号通路基因过表达分析

图2h  COVID-19患者与健康者相比不同信号通路基因过表达分析

Part 3
使用hPSC来源的肺类器官筛选治疗COVID-19的候选药物

为了明确能够阻断SARS-CoV-2伪病毒感染的候选药物，研究人员将hPSC来源的肺类器官转移至384孔板，培养6小时使其成团。选择FDA批准的药物以10 μM的浓度处理2小时后，将SARS-CoV-2伪病毒与肺类器官共培养，24小时后对类器官进行荧光素酶活性分析。选择Z值<-2孔使用的药物为候选药物。对不同浓度的候选药物进行药物效力和细胞毒性分析(图3e, f, g)。imatinib、mycophenolic acid(MPA)和quinacrine dihydrochloride(QNHC)三种药物被证实不依赖于细胞毒性，以剂量依赖的方式阻断SARS-CoV-2伪病毒感染。

图2e, f, g  Imatinib, MPA, QNHC效力及细胞毒性检测曲线

免疫荧光染色结果显示，使用10 μM imatinib、3μM MPA或4.5 μM QNHC处理肺类器官，可显著降低SARS-CoV-2伪病毒的感染率(图3h)。
 

图3h  SARS-CoV-2伪病毒感染imatinib, MPA, QNHC处理过的肺类器官

为了评估药物在体内的抗病毒感染活性，研究人员将LPs注射到NSG小鼠皮下，待其4个月生长成熟后，将imatinib、MPA和QNHC分别注射入异种移植体内，三小时后使用SARS-CoV-2伪病毒感染该移植体(图3i)。24小时的免疫荧光检测结果显示，三种药物均能阻止SARS-CoV-2伪病毒对AT2细胞的感染(图3j)。

图3i LPs诱导形成肺泡组织的小鼠体内给药方案
 

图3j  体内给药后，SARS-CoV-2伪病毒感染肺异种移植体

类器官因其在结构组织及功能上与体内组织器官高度相似，可用于体外模拟体内生理病理变化过程，因此选择人肺类器官做为COVID-19药物筛选的工具将会更加便捷。目前，已有三个使用imatinib治疗COVID-19患者的临床试验(NCT04346147, NCT04357613，NCT04356495)注册。使用类器官进行药物筛选的研究可以更好地为临床试验提供数据支持。