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登革病毒（DENV）对全球健康构成重大威胁，每年估计感染1亿至4亿人。其感染机制与致病过程尚未完全阐明，目前尚无获批用于治疗登革热的抗病毒药物。2025年8月，来自北京军事医学科学院的秦成峰和赵慧研究团队在期刊Nature communications（IF: 15.7）上发表了一篇题为“Recapitulating dengue virus infection with human pluripotent stem cell-derived liver organoids for antiviral screening”的研究文章。本研究开发了人多能干细胞（hPSC）衍生的肝脏类器官（hPLO）模型，用于表征登革热病毒感染并筛选抗病毒药物。在hPLO中进行的药物筛选识别出白藜芦醇氧化物（ORES）和奥马维洛松（RTA 408）为强效抗DENV候选药物。这些化合物通过激活NRF2通路、减轻氧化应激及维持线粒体功能增强对DENV感染的抵抗力。文章介绍#1研究背景Background登革病毒（DENV）是传播最迅速的蚊媒病毒性疾病，全球约半数人口面临感染风险，且病例数量急剧上升，已被世界卫生组织列为最高级别的公共卫生紧急事件。然而，有效抗病毒药物的研发因缺乏能准确模拟人类疾病的生理相关模型而受阻：传统细胞系缺乏组织复杂性，动物模型存在物种差异。为此，本研究利用人多能干细胞（hPSC）衍生的肝脏器官样（hPLO）这一能复现真实肝脏结构和功能的三维模型，旨在建立一个研究DENV感染与复制、宿主反应及进行抗病毒药物筛选的强大平台。#2研究思路Methods本文研究遵循“模型构建—感染验证—机制探索—应用转化”的递进思路：首先，通过模拟胚胎肝发育的步骤分化hPSC，成功构建了包含多种肝细胞类型且功能健全的三维hPLO。接着，利用该模型证实了DENV-2能高效感染并复制，引发显著的细胞死亡、形态改变和肝功能损伤，重现了临床关键病理特征。进而，借助单细胞测序深入解析感染动态，发现增殖性肝样细胞易感性高且出现线粒体功能障碍，而胆管样细胞等则通过激活抗病毒应答表现出更强抵抗力。基于此机制，研究开展了知识驱动的药物筛选，发现Nrf2激动剂ORES和RTA 408能有效抑制病毒、挽救表型并恢复功能，其抗病毒效果最终在Huh7细胞和AG6小鼠模型中得到验证，凸显了hPLO平台在揭示发病机理和加速抗病毒药物研发中的强大价值。#3研究结果Results1. hPSC来源肝脏类器官的生成与表征利用人诱导多能干细胞，通过模拟胚胎肝脏发育的逐步分化过程，生成了人肝脏类器官。细胞在二维培养中依次分化为定形内胚层和肝特化谱系，随后嵌入基质胶中，通过三维培养在10天内形成类器官。此时，类器官可传代进行大规模培养或冻存，亦可继续分化15天以形成更成熟的类器官（图1a）。三维培养物的形态从最初的中空球状结构，经过快速增殖，在8-10天后直径可达600-800 μm（图1b）。在15天的成熟过程中，类器官逐渐从中空球状结构转变为实心聚集体，并可在培养中维持至少100天（图1c）。图1在第25天的类器官中，免疫荧光检测到了AFP、ALB、HNF4A和A1AT等肝脏标志物（图1d）。KI67的存在表明细胞具有增殖能力（图1e）。类器官中还发现了胆管细胞相关标志物，提示其含有除肝细胞外的多种肝脏细胞类型（图1e）。在第50天的类器官中，观察到了ALB、HNF4A以及TF等更成熟的肝细胞标志物（图1f）。RNA-seq分析揭示了类器官形成过程中的基因表达谱。在多能阶段（第0天）观察到干细胞标志物的高表达。随着分化进展，定形内胚层和肝内胚层标志物依次表达，随后在类器官中水平下降。在成熟的类器官中，表达了丰富的肝脏标志物及肝功能相关基因。有趣的是，研究者在第10天观察到中胚层基因的表达，并且在三维培养阶段检测到间充质相关基因的表达，提示肝星状细胞可能自发出现（图1l）。图1使用相同方法分化其他人胚胎干细胞系，也获得了形态和标志物表达相似的肝脏类器官（图1m）。为了进一步研究细胞类型组成，研究者对类器官进行了单细胞RNA测序。UMAP分析鉴定出4个主要细胞簇（图1n），包括：表达多种肝脏标志物的肝样细胞；同时表达增殖标志物和肝脏标志物的增殖性肝样细胞；表达胆管细胞角蛋白的胆管样细胞；以及特征为表达特定基因的星状样细胞（图1o）。图12. hPLO的功能表征研究者进一步评估了所制备类器官的功能。免疫荧光和透射电镜显示，胆管样细胞顶膜附近存在紧密连接和丰富的微绒毛，提示肝内胆管形成（图2a-b）。通过CDFDA染色可视化了表明MRP-2转运体活性的胆小管形成（图2c）。使用罗丹明123评估MDR1转运体活性，证实了类器官具有主动运输能力（图2d）。类器官还表现出对吲哚菁绿的摄取和释放功能（图2e），以及糖原储存能力（图2f）。最后评估了类器官的分泌和代谢功能，发现第25天和第50天的类器官均能分泌人白蛋白、人α1-抗胰蛋白酶并产生尿素，同时表现出细胞色素P450酶（CYP3A4, CYP2C9）的代谢活性。综上所述，本研究成功建立了一个能高效生成具有多种肝功能特征的hPSC来源肝脏类器官的平台。图23. hPLO支持DENV-2的有效感染为利用hPLO进行DENV研究，研究者用DENV-2接种第25天或第50天的hPLO（图3a）。结果显示，第25天的hPLO对DENV-2高度易感。病毒感染从第2天起就引发了剧烈的形态变化，健康的中空透明类器官转变为小的实心球体（图3b-c），感染后第6天，超过90%的类器官失去了健康外观（图3c）。而用灭活病毒进行的模拟处理则未对类器官产生影响。图3死活染色显示，DENV-2感染在第4天导致细胞死亡（红色），而模拟组所有类器官均保持存活（绿色）（图3d）。第50天的hPLO在感染后也观察到细胞死亡，但程度较轻，且无显著形态变化。后续病毒学实验均使用第25天hPLO。通过RT-qPCR和空斑实验证实，感染后第2-8天，培养上清中的DENV-2基因组RNA和感染性病毒颗粒快速增加（图3e-f）。感染后第6天，DENV-2抗原广泛分布于受感染的类器官中（图3g）。这些结果共同证明DENV-2能在hPLO中有效感染和复制，并导致细胞死亡和形态变化。在多种细胞类型中均检测到了DENV-2抗原，包括HNF4A阳性的肝样细胞（图3h）、KRT7阳性的胆管样细胞（图3i）以及KI67标记的增殖细胞（图3j）。这些数据表明，hPLO支持DENV-2的完整生命周期。图34. DENV-2感染hPLO的单细胞转录组图谱对模拟组和DENV-2感染组（第25天hPLO）在感染后第1、2、8天进行了单细胞RNA测序。对59,029个高质量细胞的聚类分析揭示了四个主要的细胞簇（图4a）。UMAP可视化显示，感染组与模拟组之间的细胞分布存在显著差异（图4b）。细胞密度热图表明，细胞分布的改变在感染后第2天开始出现，并在第8天变得更加明显（图4c）。进一步分析了四个主要细胞类型在三个时间点的相对比例变化发现与模拟组相比，感染组中星状样细胞和胆管样细胞的比例增加，而肝样细胞和增殖性肝样细胞的比例减少。感染后第1天，各细胞类型的比例变化很小。随着感染进展，增殖性肝样细胞的比例在第2天下降约6%，在第8天下降达10%。肝样细胞在前两天几乎无变化，但在第8天下降了约5%。胆管样细胞和星状样细胞的比例在第8天分别增加了约5%和10%。进一步检测了DENV-2在不同细胞类型中的分布和表达水平。在所有四种细胞成分中均检测到了DENV-2，其表达水平随感染进程而增加。对细胞类型中DENV-2阳性率的量化显示，肝样细胞和增殖性肝样细胞的阳性率从第1天的约1%增至第8天的约45%。胆管样细胞和星状样细胞的阳性率也从第1天的约0.5%上升至第8天的超过35%。这些发现表明，DENV-2感染直接驱动了四种主要细胞簇比例的动态变化，其中增殖性肝样细胞受感染影响更大，而胆管样细胞和星状样细胞受影响较小。图45. 利用hPLO探索DENV-2感染的发病机制及抗病毒药物筛选为研究DENV-2在hPLO中的致病机制，首先聚焦于病毒载量高的肝样细胞在不同时间点的差异表达基因。分析发现，感染后第8天的转录组变化更为显著（图5a）。基因H19被鉴定为持续上调基因，而与线粒体功能和抗氧化功能相关的C1QBP和GPX1等基因则持续下调。多个线粒体基因及肝脏功能基因在感染后第8天表达下降，表明肝样细胞中的线粒体功能障碍可能在感染早期即已发生。图5通过分析感染后第8天（病毒水平最高、细胞组成变化最显著时）各细胞类型的DEG，发现所有细胞簇中DENV-2 RNA均作为上调的DEG被检测到。在增殖性肝样细胞中，上调基因富集于病毒感染、凋亡、氧化应激反应等通路，下调基因则主要富集于线粒体相关通路，且下调最显著的十个基因中有四个是线粒体基因，提示线粒体功能障碍。肝样细胞的情况类似（图5e-f）。相比之下，受感染的胆管样细胞和星状样细胞中，下调的是肝功能相关基因，而上调基因（如IFI6, ISG15）则富集于抗病毒防御和免疫应答通路。GSVA分析也证实，免疫应答通路在感染后第8天的胆管样细胞和星状样细胞中更为活跃。对各细胞类型的相关评分分析显示，在感染后第8天，胆管样细胞和星状样细胞的炎症反应及干扰素应答评分显著更高，而增殖性肝样细胞和肝样细胞在涉及凋亡的线粒体变化方面的评分更高，但细胞色素c相关的电子传递评分最低。这些结果表明，增殖性肝样细胞和肝样细胞的线粒体功能障碍导致了感染后的细胞死亡和形态转变，而胆管样细胞和星状样细胞的抗病毒应答则使其对感染更具抵抗力。图56. 利用hPLO筛选抗DENV药物hPLO适用于大规模生产且在DENV-2感染后表现出显著表型变化，使其成为理想的抗病毒药物筛选平台。研究者验证了多种已知抗DENV化合物，其中7DMA和JNJ1802能最有效地挽救感染hPLO的表型并显著降低病毒载量。基于scRNA-seq数据提示氧化应激和线粒体损伤是关键因素，研究者测试了两种具有线粒体保护作用的小分子。其中，氧化白藜芦醇（ORES）能有效挽救感染表型（图6d-e），并显著降低病毒载量。研究表明ORES可能通过激活Nrf2通路来缓解氧化应激。图6由于DENV会靶向降解Nrf2，研究者推测ORES的抗病毒效应可能源于其对Nrf2信号通路的激活。为验证此假设，研究者用FDA批准的Nrf2激活剂RTA 408处理感染的hPLO，发现它同样能挽救表型（图6i-j）并降低细胞内病毒RNA水平，表明激活Nrf2是潜在的治疗途径。ORES和RTA 408处理组均恢复了Nrf2通路下游基因的表达。图6为评估药物是否能恢复肝功能，研究者检测了多项指标。DENV-2感染的hPLO糖原储存能力下降，但经ORES和RTA 408处理后得以恢复（图6o）。治疗组还部分恢复了一些代谢活性，如CYP3A4酶活性。感染组中观察到的LDH释放增加在治疗组中得到改善。此外，治疗组的人白蛋白和尿素分泌水平也恢复至接近模拟组水平。这些数据表明，ORES和RTA 408能通过靶向NRF2信号通路，有效抑制DENV-2感染并恢复hPLO的功能。图67. 在细胞和小鼠模型中验证抗DENV活性为在常用DENV研究模型中进一步验证ORES和RTA 408的抗DENV-2效力，研究者进行了体外和体内实验。在DENV-2感染的Huh7细胞中，经两种药物处理后，于第2天检测病毒RNA水平，结果显示它们均能显著抑制病毒。研究者在4-6周龄的AG6小鼠（干扰素α和γ受体缺陷型）中测试了ORES和RTA 408的预防性疗效。连续5天口服给药预治疗两天后进行DENV-2病毒感染。感染三天后收集组织和血清以量化病毒RNA水平，发现两种药物治疗下，肝脏和血清中的病毒RNA水平均显著降低。此外，为验证这两种药物的抗病毒效应是否与NRF2相关，研究者在Huh7细胞系中敲低了NRF2，发现敲低组的抗病毒效果减弱。综上所述，这些结果延伸了hPLO的发现，证实了ORES和RTA 408在体外和体内均表现出抗DENV-2活性。小结本研究证实，hPLO是研究DENV感染机制及进行药物筛选的理想模型。hPLO能成功模拟DENV-2感染导致的严重肝脏病理特征及临床相关的转录组变化，其表现优于传统二维模型。通过单细胞测序，研究者揭示了不同肝脏细胞对DENV-2的易感性存在差异，其中增殖性肝样细胞最易感，而胆管样细胞抵抗力更强。基于此病理机制，筛选出两种靶向NRF2通路的候选药物——ORES和RTA 408，它们能有效抑制病毒复制、挽救感染表型并恢复肝功能，在细胞和小鼠模型中也验证了其抗病毒活性。这为开发宿主导向的登革热疗法开辟了新途径。尽管hPLOs模型在模拟血管病变或免疫反应方面存在局限，但它为全面研究病毒-宿主相互作用和加速药物研发提供了强大的平台。参考文献Li MQ, Xu YP, Li K, et al. Recapitulating dengue virus infection with human pluripotent stem cell-derived liver organoids for antiviral screening. Nat Commun. 2025;16(1):8069. Published 2025 Aug 28. doi:10.1038/s41467-025-63323-3

在药物研发的征程中，全球科研人员携手探索，不断开拓药物化学领域的边界。《Journal of Medicinal Chemistry》和《ACS Medicinal Chemistry Letters》联合发布的特刊，全面展现了全球药物化学领域的研究风貌，成果斐然。从地域分布来看，全球药物化学研究力量分布广泛。据美国化学学会相关报告，在生物和药物化学领域已发表的手稿中，34%（2022 年为 32%）的通讯作者来自东亚和太平洋地区，33%（2022 年为 31%）来自美国和加拿大，21%（2022 年为 21%）来自欧洲和中亚，5%（2022 年为 8%）来自南亚。这一特刊汇聚了来自各大洲的研究成果，彰显了全球科研人员在药物化学领域的共同努力。图 1：Geographical distribution of corresponding authors of manuscripts included in this Special Issue众多科研团队和企业积极参与药物研发，贡献了关键成果。大型制药公司公开了重要的工具化合物和候选药物，如德国勃林格殷格翰的 BI - 9508、比利时杨森的 JNJ - 1802、英国葛兰素史克的 I - BET787；生物技术公司也有突出表现，像丹麦 Gubra 的 GUB021794、瑞士 Idorsia 的 ACT1016。此外，诺华团队的配体性评估、阿斯泰克斯基于片段的药物发现研究、赛默雷斯利用组合阵列化学优化大环化合物等，均展示了早期药物发现阶段的创新方法。在疾病治疗靶点探索方面，研究成果百花齐放。在抗癌领域，南非 - 美国联合团队提升了受 rigidin 启发的 7 - 氮杂次黄嘌呤的水溶性，合成的衍生物保留了强大的抗增殖活性；土耳其、日本和澳大利亚的研究人员通过硒取代硫，开发出强效抗癌剂硒代氨基脲。在神经科学领域，中美研究团队全面阐述了正电子发射断层扫描（PET）成像在神经科学中的最新进展，中国团队还开发了一种 18F 标记的氨基酸示踪剂；德国团队合成了用于白细胞介素 - 8 受体 β（CXCR2）的 18F 标记放射性示踪剂，可用于炎症性疾病的成像；韩国团队则在蛋白质和抗体的放射性碘化方面取得进展。针对 SARS - CoV - 2，芬兰领导的团队发现了新的抗病毒靶点 Mac1，澳大利亚、印度和以色列的研究人员应用两亲性类肝素；同时还有综述蛋白 - 蛋白相互作用抑制剂设计进展的观点文章以及关于使用共轭非离子洗涤剂胶束纯化人 IgA1 - IgA2 二聚体的技术说明。在寄生虫病治疗方面，南非团队研究了抗疟药阿司咪唑与 hERG 相关的心脏毒性，巴西团队开发了硝基三唑用于治疗被忽视的热带病。为应对抗生素耐药这一全球性公共卫生威胁，来自阿根廷、乌拉圭、哥伦比亚、美国和英国的联合团队探索了双噻唑烷（BTZ）支架，发现了强效的广谱金属 β - 内酰胺酶抑制剂；德国研究团队推进了选择性肽脱甲酰基酶抑制剂的开发，为优化细菌特异性奠定了基础。激酶抑制剂的研究持续深入，在多个治疗领域展现出潜力。意大利团队研究 PI3Kδ 选择性抑制剂用于哮喘治疗，优化了 ADME 性质和 PI3K 选择性；中国台湾地区的研究人员发现双 MER/AXL 激酶抑制剂可调节肿瘤微环境；加拿大研究人员设计的构象受限的 ALK2 抑制剂有望治疗弥漫性内生性脑桥胶质瘤。蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）的研究也在不断拓展。美国团队开发了基于半乳糖的前药，可选择性降解衰老癌细胞蛋白；印度研究人员则专注于 PROTAC 疗效的分子机制研究，为设计更具选择性和治疗潜力的 PROTACs 提供了思路。在中枢神经系统疾病治疗药物研发方面，英国团队鉴定出一种合成单结构域抗体 αSP1，可抑制 α - 突触核蛋白的淀粉样形成，有望用于帕金森病治疗；西班牙和印度的团队发现雷替曲塞可用于阿尔茨海默病的重新利用；意大利团队通过计算和实验方法发现了新型 KCNT1 通道阻滞剂，用于治疗严重耐药性癫痫。此外，药物化学领域还在不断探索新的分子实体和非常规化学框架。关于金属碳硼烷应用的观点文章强调了其作为创新构建模块的潜力；英国团队提出的 “自然选择” 概念，突出了天然产物片段在现代药物开发中的重要性。正如路易斯・巴斯德所说：“科学无国界，因为知识属于全人类，是照亮世界的火炬。” 全球药物化学领域的研究成果充分体现了科学研究的协作本质。这些跨越国界的突破，推动了我们对疾病治疗的理解，为改善全球人类健康带来了新的希望和可能。https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c00221