【Omicron傳染力】港大醫學院建立全球首個人呼吸道類器官培養系統　揭示新冠病毒Omicron變異株高度傳染性的機制

By Giann on 19 Apr 2023

Deputy Managing Editor

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港大新發傳染性疾病國家重點實驗室及港大醫學院臨床醫學學院微生物學系周婕博士與袁國勇教授團隊，聯同類器官先驅、荷蘭 Hubrecht Institute 的Hans Clevers教授及復旦大學姜世勃教授利用人呼吸道類器官模型，評估Omicron BA.5及其他變異株在人體呼吸道細胞中感染和複製能力。

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港大醫學院建立全球首個人呼吸道類器官培養系統

新冠病毒變異株在世界各地引發了多次感染高峰。其中，Omicron變異株於2021年11月在南非首次發現，並迅速在全球傳播。高傳染性的Omicron相比之前的變異株更容易逃避抗體的中和，導致免疫逃逸，從而增加在免疫人群中感染或再次感染的機會。然而，科學家也在思考另一個重要議題：新冠病毒在演變過程中，是否強化了其在人類呼吸道細胞內生長複製的能力，導致傳播能力增強？Omicron變異株是否已在人類呼吸道細胞內適應了? 要回答這個問題，需要一個可以模擬人類呼吸道上皮的體外模型，以測試病毒在人類呼吸細胞中的感染和複製。

周婕博士及袁國勇教授團隊與Hans Clevers教授合作，建立了全球首個源自肺成體幹細胞及鼻腔細胞的呼吸道類器官培養系統。這些呼吸道類器官可以連續穩定地擴增半年至一年的時間。團隊將長期擴增培養的類器官誘導分化，建立了成熟的鼻粘膜、氣道和肺泡類器官（PNAS 2018, Cell Discovery 2022, mBio 2022）。這全新的呼吸道類器官培養系統使科學家能夠在培養皿中高效而穩定地建立及擴增整個人類呼吸上皮組織，這些呼吸道類器官成為研究呼吸道生物學，以及包括COVID-19在內相關疾病的最佳工具。

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全新視角揭示BA.5變異株超強感染性和傳播能力的機制

研究團隊首先在氣道類器官及鼻粘膜類器官中研究原始病毒株（WT）、兩種Omicron變異株B.1.1.529 和BA.5的感染和複製情況。結果顯示，BA.5感染類器官後產生的病毒滴度比WT和B.1.1.529更高，更達到與造成流感大流行的甲型流感病毒 H1N1 （H1N1pdm）相當的複製能力。團隊將病毒感染後的類器官進行了免疫染色和共聚焦成像。結果指出BA.5感染的鼻粘膜和氣道類器官中，病毒陽性細胞的數量明顯比B.1.1.529和WT增多。除此之外，團隊亦發現BA.5 感染後的氣道類器官和鼻粘膜類器官可以形成典型的多核合胞體，而WT 和 B.1.1.529 的感染並不能產生合胞體。總體來說，BA.5的高感染效率和融合活性使人鼻粘膜和氣道細胞形成合胞體並促進病毒的擴散，從而顯著增強了感染力和傳播力。

早前已有大量研究指出Omicron的高傳染性是由於免疫逃逸。周婕博士及袁國勇教授團隊表示，是次建立的人鼻粘膜類器官和氣道類器官研究中，發現BA.5進化並提高新冠病毒的入侵效率，增強病毒在細胞間的傳播，從而大大增強感染複製的能力。此研究讓團隊從全新視角揭示BA.5變異株超強感染性和傳播能力的機制，為公共衞生政策的實行提供了科學依據。團隊建立的呼吸道類器官可以廣泛地應用於呼吸系統生理和疾病的研究。研究結果已發表於最新一期的《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

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是項研究由港大醫學院臨床醫學學院微生物學系助理教授周婕博士和傳染病學講座教授袁國勇教授、荷蘭Hubrecht 研究所Hans Clevers教授、復旦大學姜世勃教授領導。港大醫學院臨床醫學學院微生物學系研究助理教授李存博士、博士生黃晶晶、俞亦飛和萬智信為該研究的共同第一作者。其他參與作者包括港大醫學院臨床醫學學院微生物學系博士後趙文俊、博士生劉曉娟、研究助理張舒心、助理專職研究員蔡建飄、助理教授朱軒博士、臨床副教授陳福和醫生、系主任及臨床教授杜啓泓教授; 南方醫科大學南方醫院李剛教授；以及廣州醫科大學附屬第一醫院廣州呼吸健康研究院楊子峰教授。