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第三节
乙型肝炎病毒的细胞模型

陈韬 严伟明

既往认为乙型肝炎病毒(HBV)是一类严格的嗜肝DNA病毒,然而随着核酸分子杂交技术的发展,近年来,HBV DNA陆续在肝外组织细胞中被发现,包括外周血单个核细胞(特别是B淋巴细胞和单核-巨噬细胞)、脾脏、肾脏、骨髓、胰腺、脑、淋巴结、睾丸、卵巢、肾上腺及皮肤等。HBV在感染、转录和复制过程中还具有严格的宿主特异性,自然状态下只感染人类和黑猩猩等灵长类动物,但非人灵长类动物模型的建立需要高昂的成本、特定的设施及密集的劳动力。理想模式动物的缺乏严重阻碍了HBV生物学研究的进展及新型治疗手段的开发,因此建立有效的HBV感染细胞模型尤为重要。

1986年,Sureau等研究人员将ayw亚型HBV DNA利用电穿孔基因转移技术导入体外培养的人肝癌细胞系HepG2细胞,成功获得表达HBV全部病毒学标志的转染细胞系,并在细胞培养上清液和细胞裂解物中证实了Dane颗粒的存在。随着研究思路的突破及技术方法的不断改进,研究者在HBV细胞模型领域的探索取得了长足进步,为深入揭示病毒与宿主的相互作用、高通量筛选抗病毒药物提供了快速、灵敏的体外测试平台。

一、建立HBV细胞模型的方法

肝脏是HBV感染和复制的主要场所,肝细胞为HBV体外感染模型的首选细胞。目前应用于HBV培养的肝细胞系有成人肝细胞系、胚胎肝细胞系和肝癌细胞系,其中HepG2、Huh7等肝癌细胞系,在HBV及其基因组片段转染细胞系的建立中占有重要地位。此外,表达HBV基因组或片段的免疫细胞如巨噬细胞等,也是研究病毒与宿主相互作用的重要载体。根据HBV基因组及其片段进入宿主细胞的方式不同,建立HBV细胞模型的方法可分为感染和转染两大类。

(一)感染(infection)

1.直接感染

病毒感染的过程即病毒通过多种途径侵入机体,进入易感宿主细胞并在其中增殖的过程。通过该方式建立的细胞模型虽能真实再现体内病毒与宿主的相互作用,宿主细胞的选择却受限于病毒的种属、组织及细胞特异性,而且目的基因的表达效率也随着感染效率的不同而有所差异。人原代肝细胞为HBV的天然宿主,将完整的HBV颗粒加入人原代肝细胞的体外培养体系,病毒通过外膜蛋白附着并侵入肝细胞,即可建立感染模型。但人原代肝细胞对培养条件与微环境要求苛刻,难以在体外长期稳定地维持成熟分化的状态并保持生理功能,导致HBV感染后扩增性差,限制了其作为主流细胞模型的推广应用。

2.病毒载体介导的感染

Delaney等利用杆状病毒将具有复制能力的HBV基因组导入HepG2细胞,建立了HBV-杆状病毒-HepG2系统。该系统中可检测到各种HBV抗原以及HBV cccDNA,且其表达水平和病毒感染复数(multiplicity of infection,MOI,即感染时病毒与细胞数量的比值)呈现量效关系。作为一种抗HBV药物体外筛选系统,研究者利用HBV-杆状病毒-HepG2系统对拉米夫定的药效进行了评价,发现拉米夫定可呈剂量和时间依赖性地降低细胞内HBV复制中间体和细胞外HBV DNA的水平,并抑制cccDNA的表达。该系统还可用于检测药物对HBV变异株的作用,并实现感染时间的可控性。但杆状病毒系统也存在如下缺陷:①杆状病毒通过非特异性内涵体摄取方式进入哺乳动物细胞而非受体介导方式;②杆状病毒感染的每个细胞内存在多个HBV拷贝;③杆状病毒介导的基因转移存在一定的种属限制性,亦不能应用于动物体内实验。

He等采用腺病毒(adenovirus)为载体,将1.3拷贝的HBV转入包装细胞,再用包装好的病毒感染HepG2细胞,即建立了Ad-HBV1.3-HepG2系统,以实现HBV的高效转录和表达。Ad-HBV1.3-HepG2系统利用细菌内同源重组法,将具有同源性的两个质粒pAdEasy和pAdTrack-CMV共转化E.coli(大肠杆菌)BJ5183细胞,使腺病毒载体和目的基因HBV1.3连为一体。质粒pAdEasy含有不完整的腺病毒Ad5基因,缺失E1区(1~3533)和E3区(28130~30820)。质粒pAdTrack-CMV含有目的基因HBV1.3、CMV启动子、绿色荧光蛋白基因、卡那霉素(kanamycin)、Pacl位点和Pmel位点。在Pmel位点两侧分别为两臂,左臂含Ad5第34931~35935核苷酸,右臂含Ad5第3534~5790核苷酸,两臂介导和pAdEasy的同源重组。将pAdTrack-CMV用Pmel酶线性化后,和环状的pAdEasy共转化E.coli BJ5183细胞,利用卡那霉素抗性筛选重组体,再用限制酶PacⅠ、SpeⅠ、BamH1消化证实。重组成功的质粒用PacⅠ线性化,然后用脂质体法转染293包装细胞(即人胚肾细胞,可以补充腺病毒复制必需的E1区)。绿色荧光蛋白的表达水平可以反映转染效率,获得的病毒颗粒重复感染293包装细胞即可进一步扩增病毒。当病毒滴度达到108~109  PFU/mL时,用合适的MOI感染HepG2细胞,通过Southern印迹法和Northern印迹法检测细胞内外的HBV复制中间体。和杆状病毒系统相比,Ad-HBV1.3-HepG2系统利用腺病毒的泛嗜性巧妙绕过了HBV感染的种属特异性障碍,使得HBV实现了跨种属细胞感染,并可应用于体内研究。Sprinzl等利用该系统成功感染了人原代肝细胞、小鼠肝细胞、大鼠肝细胞、树鼩肝细胞和鸭肝细胞,HBV在宿主细胞内高效独立复制,并检测到病毒复制各环节的中间产物。Ad-HBV1.3-HepG2系统还允许对HBV DNA进行体外定点诱变,通过调节HBV重组腺病毒的感染数量控制HBV复制水平和产量,便于相关药效试验的开展。

(二)转染(transfection)

转染特指将外源基因导入真核细胞使其获得新的遗传标志的过程。通过转染技术将HBV DNA转移至靶细胞,建立表达HBV的体外细胞模型有助于研究 HBV生物学特性和乙型肝炎发病机制。

常规转染技术可分为两大类,一类是瞬时转染(transient transfection),另一类是稳定转染(stable transfection)。瞬时转染的外源DNA不整合到宿主基因组中,因此外源DNA会在后续细胞有丝分裂过程中丢失。外源基因的表达是短暂的,通常只持续几天,但其表达效率高,即一个宿主细胞中可存在多个拷贝数的DNA,进而产生高水平的蛋白表达,多用于启动子和其他调控元件的分析。一般来说,超螺旋质粒DNA转染效率较高,可在转染后24~72h内借助荧光蛋白、β半乳糖苷酶等报告系统进行检测分析。稳定转染也称永久转染,外源DNA能整合到宿主基因组,因此转染的宿主细胞及其子代细胞的基因组中会同时保留外源DNA片段。外源DNA整合到染色体中的概率很小,约1/104转染细胞能发生整合,通常需要利用一些选择性标记,如来氨丙基转移酶(APH,新霉素抗性基因)、潮霉素B磷酸转移酶(HPH)、胸苷激酶(TK)等进行反复筛选,得到稳定转染的同源细胞系。尽管线性DNA比超螺旋DNA的转入量低,但其整合率较高。

根据机制不同,转染又可划分为化学转染法和物理转染法两大类。

化学转染法包括三种:①DEAE-葡聚糖法;②磷酸钙法;③人工脂质体法。DEAE-葡聚糖试剂是较早被应用的哺乳动物细胞转染试剂之一,DEAE-葡聚糖是阳离子多聚物,可与带负电荷的核酸结合后接近细胞膜而被细胞摄取,主要应用于瞬时转染。磷酸钙法即磷酸钙共沉淀转染法,在该方法中,含有DNA磷酸钙沉淀的混悬液被加入细胞培养体系,通过细胞膜吸附和细胞内吞作用摄入DNA。该技术因试剂易得、价格低廉而被广泛用于转染研究,磷酸钙还能抑制血清和细胞内的核酸酶活性以保护外源DNA免受降解。在人工脂质体法中,阳离子脂质体结合带负电荷的核酸进而被细胞内吞。该方法具有较高的转染效率,不但可以转染其他化学方法不易转染的细胞系,而且能转染从寡核苷酸到人工酵母染色体等不同长度的DNA、RNA和蛋白质。人工脂质体法同时适用于体外瞬时表达和稳定表达的研究,也能介导体内基因治疗的实施。

物理转染法包括三种:①显微注射法;②电穿孔法;③基因枪法等。显微注射法虽然操作困难,却是将核酸导入细胞的一种非常有效的方法,常用来制备转基因动物,并不适用于需要大量转染细胞的研究。电穿孔法通过脉冲电流在细胞膜上打孔进而将核酸导入细胞内,其导入效率与脉冲强度和持续时间相关,通常用于转染植物原生质体等常规方法转染效率较低的细胞。基因枪法依靠携带了核酸的高速粒子将核酸导入细胞内,适用于培养细胞和在体细胞。

转染效率是选择转染方法的重要依据之一,转染过程中的诸多因素,包括细胞种类、细胞密度、质粒大小、质粒纯度、DNA与转染试剂的比例及筛选时间等,均会影响转染效率。转染方法的选择还应结合具体的研究目的,如涉及HBV蛋白对宿主基因的调控作用时,人工脂质体法是较为理想的转染方法。

二、HBV细胞模型的建立及其应用

(一)HBV感染肝细胞模型

1.成人肝细胞模型

原代成人肝细胞一般来源于活体穿刺的肝组织,经无Ca 2+ 、Mg 2+ 的Hanks液漂洗清除血液,再经含Ⅳ型胶原酶的Hanks液降解胶原组织,迅速研磨过滤后制备为肝细胞悬液,置于添加肝细胞生长因子、转铁蛋白等成分的无血清培养基中可维持培养4~6周。将患者外周血清(一般将10 12 /L的血清按(1∶200)~(1∶20)稀释)中的HBV颗粒接种至原代肝细胞共培养4~8天后,细胞内可检测到rcDNA和cccDNA,培养上清液中亦有高水平HBsAg和低水平HBeAg的表达,12天可达峰值。细胞培养液中添加聚乙二醇和2%二甲基亚砜(DMSO),可显著增加HBV DNA内吞量和提高病毒的吸附效率。HBV感染成人肝细胞模型模拟了病毒的自然感染过程,病毒抗原可在较长时间内持续存在,细胞内出现HBV DNA复制型,为研究病毒与宿主之间的相互作用提供了有力工具。但成人肝细胞是一类终末分化细胞,培养过程中会逐渐丧失细胞形态、功能和对HBV感染的敏感性,实际应用中存在HBV感染效率低下、试验批间差异大等缺陷。

为解决这一难点问题,复旦大学袁正宏教授研究组与北京大学邓宏魁教授研究组、中国人民解放军总医院卢实春教授研究组共同合作,利用5种化学小分子的组合在体外成功实现了人原代肝细胞功能的长期维持。研究者首先通过转录谱差异分析发现,人原代肝细胞体外培养24h后,其转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)通路以及上皮-间充质转换(epithelial-mesenchymal transition,EMT)诱导子的相关基因发生了显著变化,随后他们测试并确定了针对上述通路的5种关键小分子抑制剂,包括FSK、SB43、DAPT、IWP2和LDN193189,即5C(人原代肝细胞功能维持组合物)。在长达一个月以上的培养过程中,5C可成功抑制肝细胞的去分化,使得人原代肝细胞保持了原有的正常形态和基因表达模式,并长期维持了白蛋白分泌、尿素合成、药物代谢等肝细胞的生理功能。更有意义的是,这些在体外维持数周生长的人原代肝细胞可成功感染HBV,不仅表达HBsAg和HBeAg,还能够长期稳定产生cccDNA以完成整个病毒复制周期,而核苷类药物和干扰素处理可有效抑制HBV的复制。相对于传统遗传学方法介导的重编程,化学小分子能够实现对多个信号通路靶点的精细调控,不但可以避免内源基因修改带来的风险,同时兼具了细胞膜穿透性、可逆性、可控性和易于制造等诸多优点。该工作突破了人原代肝细胞体外难以长期培养的瓶颈,为建立稳定的HBV人原代肝细胞体外感染体系提供了简便、高效的方法,使其更好地应用于基础研究及药物研发,对进一步推进慢性乙型肝炎的临床治愈具有重要的意义。

2.人胚胎肝细胞模型

来源于人胚胎肝脏的胚胎肝细胞可较好模拟成人肝细胞的生物学功能,20~24周胎龄的胚胎肝细胞培养2天后可分泌白蛋白,培养7天后细胞内可检测到糖原和γ-谷氨酰转肽酶。体外培养的胚胎肝细胞可感染患者血清中的HBV颗粒,细胞感染率约为12%。感染后的胚胎肝细胞可以产生乙型肝炎病毒学标志物并释放Dane颗粒,来自不同胎龄的胚胎肝细胞对HBV感染显示了相似的感染动力学。但原代胚胎肝细胞的分化能力有限,体外长期培养依然非常困难,亦无法克服培养过程中对HBV易感性迅速下降的缺点,且胚胎肝细胞的分化状态可能对病毒复制产生影响,因而限制了其在乙型肝炎研究领域中的应用。

(二)HBV感染肝癌细胞模型

1.HepaRG细胞模型

2002年Gripon等研究者从一位慢性丙型肝炎合并肝细胞肝癌患者体内分离获取而得到HepaRG细胞株。体外加入DMSO和类皮质激素的诱导培养过程中,HepaRG细胞株显示出与正常肝细胞相似的形态和生理学功能,提示其类似于原代肝细胞,可直接感染HBV,从而突破了诸多肝癌细胞株对乙型肝炎患者血清不易感的局限性,随后十多年中它成为HBV研究领域炙手可热的研究工具之一。Hantz等发现HepaRG细胞可缓慢持续感染HBV,其cccDNA持续合成但水平较低,培养上清液中可检测到HBV抗原和HBV DNA。由HBV前S1区衍生得到的合成肽段能够阻止HBV进入HepaRG细胞,提示HepaRG细胞株可用于研究HBV完整的生命周期,包括自然条件下病毒吸附、入侵宿主细胞的分子机制及抗体的中和作用等。此外,HepaRG细胞株也可用于药效评价和药物代谢研究。将HepaRG细胞移植至裸鼠,未见明显成瘤效应,但其仍然保持分化功能,并具有成熟肝细胞的生物学特性。HepaRG细胞模型仍然存在一些不容忽视的缺点,如感染前通常需要长达4周的培养分化时间,且依赖较高的MOI实现感染等。

2.Hep3B细胞模型

Hep3B细胞系建于1976年,从一名8岁黑人男童的肝癌组织中分离培养而来。通过鉴定,该细胞系自然整合了完整的HBV基因组,并能产生一系列的蛋白质产物,如甲胎蛋白(alpha-fetoprotein,AFP)、转铁蛋白(transferrin)、α2巨球蛋白(alpha2 macroglobulin)、α1抗胰蛋白酶(alpha1 antitrypsin)、触珠蛋白(haptoglobin)等。Hep3B细胞染色体模式数目为60,在裸鼠中能致瘤,体外培养过程中无须进行G418抗性筛选,但操作环境需达到二级生物安全实验室的防护标准。

3.SNU-739、SNU-761、SNU-878和SNU-886细胞模型

SNU-739、SNU-761、SNU-878和SNU-886细胞系为Jae-Ho Lee等研究者从一名韩国由HBV所致的肝癌患者肝组织中分离培养的4株肝癌细胞系,均呈贴壁形态生长,分裂时间从20h至29h不等。通过指纹分析发现,4株细胞系均有HBV DNA的整合,均可检测到HBx、HBc和HBs转录本。SNU-761、SNU-878和SNU-886细胞系可以检测到白蛋白mRNA的表达,SNU-878和SNU-886细胞系可以检测到转铁蛋白基因表达,4株细胞系均不表达胰岛素样生长因子-2(insulin-like growth factor-Ⅱ,IGF-Ⅱ)。

上述来自HBV相关肝癌患者的原代肝癌细胞系具有HBV感染的自然过程,但均属于肿瘤细胞系,主要应用于研究HBV相关肝癌的生物过程及信号转导途径。

(三)利用NTCP受体建立的HBV感染细胞模型

病毒感染靶细胞必须借助于其细胞表面的受体分子,受体分子的鉴定对理解病毒感染的机制、建立体内外感染模型,以及研发新型抗病毒药物和治疗策略均有重要意义。鉴于体外培养困难、基因组小且重叠编码不同的蛋白质分子、病毒包膜蛋白多次跨膜、有大量亚病毒颗粒等原因,HBV受体的研究一直面临着巨大的挑战。直到2012年,李文辉教授团队发现了钠离子-牛磺胆酸共转运多肽(sodium taurocholate co-transporting polypeptide,NTCP)可以通过与HBV包膜蛋白前S1抗原特异性结合从而介导HBV入侵感染细胞,为HBV的肝组织特异性受体分子。进一步参照人NTCP受体对猴和小鼠NTCP受体相关区域的氨基酸序列进行比对及突变分析,揭示了人NTCP受体第157~165位氨基酸是其与HBV包膜蛋白结合的关键结构域,第84~87位氨基酸则是其感染HBV所必需的序列。上述研究成果被认为是HBV病毒学研究领域近年来取得的一项十分重要的科学进展,得到了国内外同行的广泛认可。

NTCP受体在HepG2和Huh7等人肝癌细胞系中的表达水平很低,约为原代肝细胞表达量的1/10000。NTCP基因敲除的肝细胞不能感染HBV,反之,通过构建稳定表达人NTCP受体的细胞系,可获得支持HBV体外感染研究的细胞模型。基于此思路,表达外源性人NTCP受体的细胞系,包括HepG2-hNTCP、Huh7-hNTCP、HepRG-hNTCP和HEK293-hNTCP等细胞系,相继问世并广泛应用于HBV入侵宿主细胞的分子机制研究。研究者们先后发现GPC5是存在于肝细胞表面、与HBV结合的关键因子;DEAD-box RNA解旋酶家族成员DDX3是影响HBV复制的宿主限制性因素;干扰素刺激基因ISG20、tethrin可限制HBV在宿主细胞间的传递。表达外源性人NTCP受体的肝癌细胞系还被应用于研发和筛选靶向阻断HBV入侵的抗病毒药物。Myrcludex B为一种人工合成的乙酰化Pre S1短肽,可以结合NTCP受体从而阻断HBV进入细胞的进程。

(四)HBV稳定转染的肝癌细胞模型

1.HepG2.2.15细胞模型

用重组载体pDoLT-HBV-1(含2个头对尾二聚体,以尾对尾方向串联)转染HepG2细胞,经G418筛选,获得一个分泌高水平HBeAg及HBsAg的细胞克隆,称之为HepG2.2.15细胞株。HBV在HepG2.2.15细胞内复制的持续时间长,细胞可维持传代培养1年,是应用最为广泛的HBV细胞模型。HepG2.2.15细胞株培养上清液中可检测到HBV DNA和病毒复制中间体,免疫电镜可观察到22nm球形及杆状颗粒和42nm Dane颗粒,感染黑猩猩后可致典型肝炎症状。该细胞模型的缺点:①HBV整合于宿主细胞染色体上,非自然感染过程;②病毒复制水平低,且表达不稳定,主要抗原表达量随传代次数的增加而逐渐降低;③类似于其他肿瘤细胞株,对HBV患者血清不易感。

2.HepAD38细胞模型

Ladner等将对四环素敏感的巨细胞病毒(CMV)启动子连接到PBR322质粒上并与ayw亚型HBV DNA连接成ptetHBV质粒,转染HepG2细胞获得了HepAD38细胞株。由于前C区基因受到破坏,HepAD38细胞株的HBV DNA产量比HepG2.2.15细胞株高出约11倍。HepAD38细胞株可利用四环素对HBV复制进行调控,培养时间仅为HepG2.2.15细胞株的一半,适用于研究HBV复制过程、复制中间型以及抗HBV药物的筛选。Ying等研究者针对HBV的C基因(2149~2168nt)化学合成siRNA,探讨其对野生株HBV(由HepAD38细胞株分泌)和拉米夫定耐药株HBV(由HepAD79细胞株分泌)的抑制作用。荧光定量PCR技术检测siRNA转染后48h的干扰效果发现,在4mg/L的浓度下,HepAD38细胞株和HepAD79细胞株HBV DNA的水平分别被抑制了98%和89%,为临床上拉米夫定耐药株的治疗提供了新策略。

3.HepG2 4A5细胞模型

纳入外源性启动子的HBV基因组转染细胞系虽然有效提高了细胞内病毒相关标志物或复制体的产量,却限制了HBV复制调控机制的研究及影响病毒基因表达的信号转导途径的探讨。为克服这一缺陷,Weiss L等将一个具有复制功能的HBV质粒,即pSPT1.2 xHBV质粒稳定转染至HepG2细胞系,建立了HepG2 4A5细胞系。pSPT1.2 xHBV质粒结构中包含HBV的4个主要开放阅读框,均严格受控于各自的基因调控元件。HepG2 4A5细胞中具有单个、非重排、整合至染色体的HBV基因组,细胞质中可以检测到典型的病毒mRNA,未发现有其他病毒转录本存在。所有病毒基因产物的合成比例均衡,类似于体内病毒复制的特点。从HepG2 4A5细胞系中释放出的Dane颗粒,其物理特性(电子显微镜下结构、浮力、密度)和生化特性(内源性多聚酶反应、免疫原的反应性)与体内分离出的Dane颗粒完全吻合。HepG2 4A5细胞系可用于研究HBV基因产物对病毒复制的调控机制,也可用于抗病毒药物的筛选,并探讨其对病毒复制过程的影响。

4.HepG2/pREP4D/HBV991A细胞模型

为了在缺乏病毒复制的情况下研究HBV相关基因的表达机制,研究者首先剔除了附加型载体pREP4表达质粒上的肉瘤病毒长末端重复序列,再引入一段包含HBV天然启动子的完全HBV991基因组,即完全由自然状态的启动子控制HBV DNA的转录,最后将该质粒转染HepG2细胞,建立HepG2/pREP4D/HBV991A细胞系。该细胞系的培养上清液及细胞裂解物中均可检测到HBsAg,可用于研究HBsAg等HBV基因表达产物调控宿主生物学特性的精细过程。

HBV基因组转染肝细胞系如表2-1所示。

表2-1 HBV基因组转染肝细胞系

(五)原代肝细胞与HepG2融合细胞模型

研究者分离人原代肝细胞,使其与经化学诱变剂诱导产生的次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)基因突变的HepG2细胞进行融合筛选,成功建立了兼具自然感染HBV能力和体外传代培养能力的原代肝细胞与HepG2融合细胞模型。染色体核型分析提示,该杂交细胞株的染色体数目为99条,证实为融合细胞。与HepG2细胞相比,融合细胞感染HBV患者血清第3天起,其细胞内即可检测到HBV的复制中间产物HBV cccDNA;第4天起,细胞内可检测到HBV DNA和HBcAg,培养上清液中亦有HBV DNA、HBsAg和HBeAg的持续表达。原代肝细胞与HepG2融合细胞为探讨HBV入侵肝细胞以及后续的病毒复制过程提供了一个体外细胞研究模型,但其与正常肝细胞相比的遗传学差异,是限制其应用的主要障碍。

(六)HBV非肝源细胞模型

1980年以来,研究者在患者胰腺、肾脏、骨髓淋巴母细胞和外周血单个核细胞等肝外组织细胞中陆续发现了HBV及其基因产物,不仅为HBV感染复发的来源提供了重要线索,还为HBV非肝源细胞模型的建立提供了基础和依据。然而,非肝源细胞装配和分泌的HBV颗粒与天然状态下的病毒颗粒存在一定的差异,其应用亦通常局限于特定的研究领域。

目前用于转染HBV基因的人非肝源细胞系包括FL5-1细胞、HeLa细胞、U937细胞和树突状细胞等。上述转染细胞系可表达HBV DNA及病毒的全部或部分抗原,表明其内环境可支持HBV DNA的复制、包装和分泌。HBV基因在单个核细胞系U937和树突状细胞中的成功表达为研究HBV在肝外组织的复制机制、探讨免疫系统对HBV复制的影响等提供了有力的工具。

为研究HBV的宫内感染机制,Yang等开展了HBV体外感染人绒毛膜癌滋养层细胞JEG3的实验研究。研究者利用HBV DNA大于109 copies/mL的HBV患者血清感染JEG3细胞并进行传代。荧光定量PCR及Southern印迹法检测发现,感染HBV的第一代JEG3细胞及其培养上清液的病毒载量随着感染时间的延长持续升高,于120h达到高峰。而传代后各代细胞及其培养上清液的病毒载量则随着传代次数的增加不断下降,并于第五代后检测不到。感染细胞上清液HBsAg的表达水平也随传代次数的增加依次递减,至第六代后消失。

(七)HBV在非人类细胞内复制的细胞模型

HBV在非人类细胞内复制的细胞模型可作为其在人类细胞内复制细胞模型的有益补充。除了人类和非人灵长类动物,目前仅发现树鼩原代肝细胞可自然感染HBV,但也存在来源困难、实验结果不稳定等缺陷。De Meyer等研究表明,HBV可成功进入转染了人肝脏Ca 2+ 依赖性磷脂结合蛋白V表达质粒的大鼠肝癌细胞系并进行复制,提示成功吸附并穿透靶细胞是跨越HBV感染种属屏障的关键,而HBV的复制和表达则主要依赖于肝细胞内环境。此外,小鼠成纤维细胞系NIH3T3和LtK、大鼠Morris肝癌细胞系Q7、果蝇细胞和非洲绿猴肾细胞Vero等,也是常见的HBV转染候选靶细胞。

三、展望

HBV细胞模型是筛选抗HBV药物,研究HBV生物学特性及其与宿主细胞间相互作用的必备工具。近年来,HBV细胞模型的研究取得了令人瞩目的进展,干细胞技术的应用也为细胞模型的建立提供了新思路,但仍有许多局限需要突破:①尚缺乏能够形成较高HBV cccDNA水平的细胞模型;②稳定表达外源性人NTCP受体的肝癌细胞系仅能部分反映人原代肝细胞的特性;③细胞模型诱导分化的过程较为复杂,且对感染病毒滴度的要求不一致。今后HBV细胞模型的研发应借鉴相关病毒学、分子生物学等领域的最新进展,积极探寻既可直接感染患者血清,又适用于转染,接近肝细胞生理状态并能稳定表达乙型肝炎病毒学标志物的细胞模型,这对研究HBV的生物学特性、感染机制及抗病毒药物的筛选和致癌机制具有重要意义。

参考文献

[1]Sureau C,Romet-Lemonne J L,Mullins J I,et al.Production ofhepatitis B virus by a differentiatedhumanhepatoma cell line after transfection with cloned circular HBV DNA[J].Cell,1986,47(1):37-47.

[2]Delaney W E,Isom H C.Hepatitis B virus replication inhuman HepG2 cells mediated byhepatitis B virus recombinant baculovirus[J].Hepatology,1998,28(4):1134-1146.

[3]Delaney W E,Miller T G,Isom H C,et al.Use of thehepatitis B virus recombinant baculovirus HepG2 system to study the effects of(-)-β-2′,3′-dideoxy-3′-thiacytidine on replication ofhepatitis B virus and accumulation of covalently closed circular DNA[J].Antimicrob Agents Chemother,1999,43(8):2017-2026.

[4]Delaney W E,Edwards R,Colledge D,et al.Cross-resistance testing of antihepadnaviral compounds using novel recombinant baculoviruses which encode drug-resistant strains ofhepatitis B virus[J].Antimicrob Agents Chemother,2001,45(6):1705-1713.

[5]He T C,Zhou S,da Costa L T,et al.A simplified system for generating recombinant adenoviruses[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1998,95(5):2509-2514.

[6]Guidotti L G,Matzke B,Schaller H,et al.High-levelhepatitis B virus replication in transgenic mice[J].J Virol,1995,69(10):6158-6169.

[7]Sprinzl M F,Oberwinkler H,Schaller H,et al.Transfer ofhepatitis B virus genome by adenovirus vectors into cultured cells and mice:crossing the species barrier[J].J Virol,2001,75(11):5108-5118.

[8]Galle P R,Hagelstein J,Kommerell B,et al.In vitro experimental infection of primaryhumanhepatocytes withhepatitis B virus[J].Gastroenterology,1994,106(3):664-673.

[9]Gripon P,Diot C,Guguen-Guillouzo C.Reproduciblehigh level infection of cultured adulthumanhepatocytes byhepatitis B virus:effect of polyethylene glycol on adsorption and penetration[J].Virology,1993,192(2):534-540.

[10]Ochiya T,Tsurimoto T,Ueda K,et al.An in vitro system for infection withhepatitis B virus that uses primaryhuman fetalhepatocytes[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1989,86(6):1875-1879.

[11]Knowles B B,Howe C C,Aden D P.Humanhepatocellular carcinoma cell lines secrete the major plasma proteins andhepatitis B surface antigen[J].Science,1980,209(4455):497-499.

[12]Aden D P,Fogel A,Plotkin S,et al.Controlled synthesis of HBsAg in a differentiatedhuman liver carcinoma-derived cell line[J].Nature,1979,282(5739):615-616.

[13]Darlington G J,Kelly J H,Buffone G J.Growth andhepatospecific gene expression ofhumanhepatoma cells in a defined medium[J].In Vitro Cell Dev Biol,1987,23(5):349-354.

[14]Iser D M,Warner N,Revill P A,et al.Coinfection ofhepatic cell lines withhuman immunodeficiency virus andhepatitis B virus leads to an increase in intracellularhepatitis B surface antigen[J].J Virol,2010,84(12):5860-5867.

[15]Lee J H,Ku J L,Park Y J,et al.Establishment and characterization of fourhumanhepatocellular carcinoma cell lines containinghepatitis B virus DNA[J].World J Gastroenterol,1999,5(4):289-295.

[16]Walters K A,Tipples G A,Allen M I,et al.Generation of stable cell lines expressing lamivudine-resistanthepatitis B virus for antiviral-compound screening[J].Antimicrob Agents Chemother,2003,47(6):1936-1942.

[17]Delaney W E 4th,Edwards R,Colledge D,et al.Cross resistance testing of antihepadnaviral compounds using novel recombinant baculoviruses which encode drug-resistant strains ofhepatitis B virus[J].Antimicrob Agents Chemother,2001,45(6):1705-1713.

[18]Sprinzl M F,Oberwinkler H,Schaller H,et al.Transfer ofhepatitis B virus genome by adenovirus vectors into cultured cells and mice:crossing the species barrier[J].J Virol,2001,75(11):5108-5118.

[19]Ren S,Nassal M.Hepatitis B virus(HBV)virion and covalently closed circular DNA formation in primary tupaiahepatocytes andhumanhepatoma cell lines upon HBV genome transduction with replication-defective adenovirus vectors[J].J Virol,2001,75(3):1104-1116.

[20]Melegari M,Scaglioni P P,Wands J R.The small envelope protein is required for secretion of a naturally occurringhepatitis B virus mutant with pre-S1 deleted[J].J Virol,1997,71(7):5449-5454.

[21]Ying C,De Clercq E,Neyts J.Selective inhibition ofhepatitis B virus replication by RNA interference[J].Biochem Biophys Res Commun,2003,309(2):482-484.

[22]Gripon P,Rumin S,Urban S,et al.Infection of ahumanhepatoma cell line byhepatitis B virus[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2002,99(24):15655-15660.

[23]Gripon P,Cannie I,Urban S.Efficient inhibition ofhepatitis B virus infection by acylated peptides derived from the large viral surface protein[J].J Viro,2005,79(3):1613-1622.

[24]Hantz O,Parent R,Durantel D,et al.Persistence of thehepatitis B virus covalently closed circular DNA in HepaRGhumanhepatocyte-like cells[J].J Gen Virol,2009,90(Pt 1):127-135.

[25]Guillouzo A,Corlu A,Aninat C,et al.Thehumanhepatoma HepaRG cells:ahighly differentiated model for studies of liver metabolism and toxicity of xenobiotics[J].Chem Biol Interact,2007,168(1):66-73.

[26]Weiss L,Kekulè A S,Jakubowski U,et al.The HBV-producing cell line HepG2-4A5:a new in vitro system for studying the regulation of HBV replication and for screening anti-hepatitis B virus drugs[J].Virology,1996,216(1):214-218.

[27]王爱华,马立宪,江渊,等.HBV适应性杂交细胞株的建立和初步研究[J].山东大学学报(医学版),2008,46(4):374-378.

[28]Seifer M,Heermann K H,Gerlich W H.Replication ofhepatitis B virus in transfected nonhepatic cells[J].Virology,1990,179(1):300-311.

[29]De Meyer S,Gong Z J,Hertogs K,et al.Influence of the administration ofhuman annexin V on in vitro binding of smallhepatitis B surface antigen tohuman and to rathepatocytes and on in vitrohepatitis B virus infection[J].J Viral Hepat,2000,7(2):104-114.

[30]Tang H,McLachlan A.Transcriptional regulation ofhepatitis B virus by nuclearhormone receptors is a critical determinant of viral tropism[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2001,98(4):1841-1846.

[31]Si-Tayeb K,Noto F K,Nagaoka M,et al.Highly efficient generation ofhumanhepatocyte-like cells from induced pluripotent stem cells[J].Hepatology,2010,51(1):297-305.

[32]Ding Y,Ma L,Wang X Z,et al.In vitro study onhepatitis B virus infectinghuman choriocarcinoma JEG3 cells and its mechanism[J].Intervirology,2011,54(5):276-281.

[33]Xiang C,Du Y,Meng G,et al.Long-term functional maintenance of primaryhumanhepatocytes in vitro[J].Science,2019,364(6438):399-402.

[34]Yan H,Zhong G,Xu G,et al.Sodium taurocholate co-transporting polypeptide is a functional receptor forhumanhepatitis B and D virus[J].Elife,2012,1:e00049.

[35]Ni Y,Lempp F A,Mehrle S,et al.Hepatitis B and D viruses exploit sodium taurocholate co-transporting polypeptide for species-specific entry intohepatocytes[J].Gastroenterology,2014,146(4):1070-1083.

[36]Watashi K,Urban S,Li W,et al.NTCP and beyond:opening the door to unveilhepatitis B virus entry[J].Int J Mol Sci,2014,15(2):2892-2905.

[37]Verrier E R,Colpitts C C,Bach C,et al.A targeted functional RNA interference screen uncovers glypican 5 as an entry factor forhepatitis B and D viruses[J].Hepatology,2016,63(1):35-48.

[38]Michailidis E,Pabon J,Xiang K,et al.A robust cell culture system supporting the complete life cycle ofhepatitis B virus[J].Sci Rep,2017,7(1):16616.

[39]Ko C,Lee S,Windisch M P,et al.DDX3 DEAD-box RNAhelicase is ahost factor that restrictshepatitis B virus replication at the transcriptional level[J].J Virol,2014,88(23):13689-13698. 6ODGgM2KN7E4cpv+cL+bqNyYe0y31eiQJqFih8SoG6uN/lmCZGPEFYB4K+gEwENM

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