新发和再发传染病，从1918年H1N1流感大流行到最近的SARS-CoV-2和猴痘病毒暴发，持续对全球公共卫生构成严重威胁。这些危机凸显了对高保真度和人类相关感染模型的迫切需求。类器官技术通过忠实地在体外（in vitro）重现人类天然组织的三维（3D）结构和

　　新发和再发传染病，从1918年H1N1流感大流行到最近的SARS-CoV-2和猴痘病毒暴发，持续对全球公共卫生构成严重威胁。这些危机凸显了对高保真度和人类相关感染模型的迫切需求。类器官技术通过忠实地在体外（in vitro）重现人类天然组织的三维（3D）结构和生理微环境，已成为病原体研究的基石平台。本综述系统性地考察了基于类器官的感染模型的发展与结构优化，重点强调了基于证据的策略，包括干细胞来源选择、细胞外基质（ECM）优化以及动态培养系统工程。这些进展使得能够稳健生成多器官模型，包括针对研究病毒趋向性、时空感染动力学和宿主免疫反应而设计的呼吸系统、肠道和神经类器官。此外，研究人员评估了类器官在高通量抗病毒药物筛选和临床前疫苗评估中的转化效用。为了进一步增强生理相关性和功能保真度，类器官平台正越来越多地与先进工程策略相结合，包括共培养方法、CRISPR-Cas9介导的遗传扰动、工程化微生理系统（MPS，如器官芯片）以及3D生物打印。这些集成技术改善了仿生性，同时扩展了实验可控性和可扩展性。此外，研究人员批判性地审视了限制临床转化的主要瓶颈，并讨论了由人工智能（AI）和合成生物学驱动的新兴前沿。通过迭代的技术改进和跨学科融合，类器官已从还原论的体外替代物演变为具有生理学依据和机制驱动的平台，这些平台增进了研究人员对宿主-病原体相互作用的理解，同时增强了全球应对新发病原体的准备。

　　该部分阐述了新发和再发病原体（如SARS-CoV-2、埃博拉病毒、马尔堡病毒和高致病性禽流感）对全球健康的持续威胁，指出传统模型（永生化细胞系和动物模型）在模拟人类感染动力学中存在的固有局限性，如细胞系缺乏组织结构和细胞异质性，动物模型存在种间差异。类器官技术的出现弥补了这些空白，通过自组织三维（3D）结构重现人类组织的关键特征，包括上皮极性、基质及免疫组分，从而弥合了还原论细胞培养与复杂体内模型之间的差距。本综述重点关注人类来源的类器官模型，旨在分析病毒趋向性、宿主易感性和跨物种屏障等机制，并评估类器官在医学对策和全球大流行准备中的价值。

　　类器官是通过干细胞在限定培养条件下自主分化和谱系特异性分化形成的3D结构，忠实再现组织来源的主要细胞类型和结构功能特征。干细胞来源包括诱导多能干细胞（iPSCs）和胚胎干细胞（ESCs）等多能干细胞（PSCs），以及成体干细胞（ASCs）。细胞外基质（ECM）提供生化与物理信号，天然基质胶（Matrigel）虽常用，但正被合成材料（如聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酰胺（PAA）或胶原蛋白）替代以克服批次变异。培养系统分为静态方法（如凝胶中的类器官培养和空气-液体界面（ALI）培养）和动态系统（如生物反应器和微流控器官芯片（OoC））。构建策略包括细胞自组装、支架接种、3D生物打印和生物微球技术，这些方法可互补集成以实现更高复杂性和可控性。

　　类器官模型在模拟高致病性病原体感染中展现出优势，如呼吸系统类器官（包括气道和肺泡类器官）用于研究SARS-CoV-2、MERS-CoV和流感病毒，能重现细胞类型特异性免疫反应；消化系统类器官解决了诺如病毒体外培养难题，并整合CRISPR-Cas9和RNA测序以解析宿主抗病毒通路；神经类器官用于研究嗜神经病毒（如ZIKV、SARS-CoV-2和巨细胞病毒），揭示表观遗传修饰和神经损伤机制，但缺乏小胶质细胞和血脑屏障（BBB），近期BBB芯片技术补充了此不足；血管类器官用于模拟克里米亚-刚果出血热病毒（CCHFV）等病原体引起的血管损伤；肌肉骨骼类器官用于研究葡萄球菌骨髓炎和肠道病毒D68（EV-D68）的肌肉趋向性，以及SARS-CoV-2诱导的肌纤维萎缩和长期COVID肌痛表型。

　　高质量病原体研究需要严格的质控以确保类器官的可重复性，包括标准化培养基（化学限定、无动物源成分）、培养条件（从Matrigel向合成基质过渡）、预感染评估（形态学、细胞验证、功能检测如跨上皮电阻（TEER）和基因组稳定性监测）。

　　感染方向性对理解病原体进入和传播至关重要。顶侧感染模拟通过腔面（呼吸道或肠道）进入，基底侧感染模拟血源性扩散。传统“顶侧向内”类器官通过显微注射进行病原体递送，而“极性反转”技术（利用溶血磷脂酸和鞘氨醇-1-磷酸激活RhoA-ROCK信号通路）创建“顶侧向外”类器官，增强实验可及性。三种主要感染策略（显微注射、极性反转顶侧暴露、非注射顶侧感染）的比较见表1，按极性、生理相关性、操作难度和适用病原体分类。

　　病原体特性决定类器官模型设计逻辑：病毒需要准确表达受体（如SARS-CoV-2的ACE2），细菌需成熟黏膜屏障和腔隙，真菌和寄生虫具独特结构要求（如真菌需上皮极性和屏障完整性，疟原虫需肝细胞平台）。组织趋向性感染需高保真谱系模型，机会性感染需整合免疫共培养或机械应变。

　　类器官用于模拟病毒进入、复制和宿主反应。通过机械剪切或“顶侧向外”模型实现直接病毒暴露，定量检测采用感染复数（MOI）、定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）和噬斑实验。极性控制模型区分黏膜入口和血源性传播，如气道类器官模拟呼吸感染，肺泡类器官基底侧暴露模拟血源性传播。蝙蝠来源类器官揭示其“预激活”先天免疫状态（高表达I/III型干扰素和干扰素刺激基因（ISGs）），解释其作为病毒储存宿主而不发病的机制。

　　细菌感染模型需定义接种密度，通过TEER和形态学测量评估屏障完整性。以霍乱弧菌和霍乱毒素为例，肠道类器官重现分泌反应，毒素结合GM1受体激活cAMP/cGMP信号，驱动CFTR通道导致氯离子和水分泌，表现为类器官肿胀，可筛选抑制剂。产志贺毒素大肠杆菌的毒素作用于基底侧时更敏感，鉴定出受体Gb3作为抑制剂靶点。

　　疟原虫肝期感染中，肝脏类器官维持肝细胞功能并支持恶性疟原虫和间日疟原虫的完整发育周期，孢子子侵入后通过高内涵成像追踪。脑型疟疾中，皮质类器官显示血红素暴露导致结构破坏和凋亡。真菌感染中，肠道类器官研究白色念珠菌屏障侵袭，发现念珠菌溶素介导损伤，宿主NF-κB信号维持屏障完整性。

　　类器官平台可实现从被动反应向主动预测的转变，通过接种野生动植物样本快速识别具有跨物种传播潜力的病原体，结合微流控芯片实时量化感染动力学和细胞损伤，为流行病准备提供数据。

　　类器官系统桥接体外筛选与临床试验，提高药物筛选效率。示例包括心脏类器官芯片评估心肌肌球蛋白抑制剂HRS-1893，肿瘤类器官芯片评估双特异性抗体QLF3108。疫苗评估中，免疫活性扁桃体类器官重现生发中心形成和抗体分泌，肠道类器官共培养系统模拟黏膜免疫反应（如分泌型免疫球蛋白A（IgA）和细胞因子）。

　　类器官用于机制毒理学，如肝脏类器官代谢I/II相酶，神经类器官和神经肌肉接头模型研究神经毒素（如肉毒毒素），结合微电极阵列进行电生理分析。精准毒理学中，不同遗传背景类器官研究代谢多态性。临床前安全评估中，心脏、肝、肾类器官预测毒性，多器官芯片（MOOC）平台提供全身性评估，促进“3Rs原则”（减少、优化、替代动物实验）。

　　跨物种类器官面板（包括蝙蝠、啮齿动物等储存宿主，猪、骆驼等中间宿主，以及人类组织）用于系统评估溢出风险。通过比较感染效率、受体利用和先天免疫激活，定量评估适应性突变和物种限制分子。

　　将类器官整合到临床管线面临关键障碍，包括缺乏符合良好生产规范（GMP）的制造导致的批次变异，以及缺乏血管和免疫网络整合影响药代动力学和药效学预测。未来需将类器官与微流控OoC和人工智能（AI）数字孪生技术融合。

　　类器官功能不成熟，缺乏血管和神经支配，依赖于被动扩散，限制尺寸和长期培养。PSC来源类器官常呈胎儿样表型，但近期多细胞脑模型（miBrain）整合了6种中枢神经系统细胞类型，克服了既往局限。

　　缺乏适应性免疫组分（T和B细胞）限制了对病原体免疫逃逸和疫苗免疫原性的研究。通过PSC向免疫组织分化或共培养外周血单核细胞构建“免疫化类器官”，但仍存在同种异体细胞功能耗竭和淋巴细胞成熟不完全等问题。

　　类器官随机自组织导致批次间异质性，缺乏标准化评估指标。培养成本高（依赖Matrigel和重组生长因子），规模化生产需自动化设备和生物反应器，限制广泛应用。

　　共培养策略整合多种细胞类型（免疫细胞、基质细胞、微生物），重建复杂微环境。免疫增强类器官通过直接共培养或间接Transwell系统实现，如巨噬细胞富集的肝脏类器官（MaugO）模拟肝炎E病毒和SARS-CoV-2感染中的免疫激活和组织损伤。血管化类器官通过共培养内皮细胞或PSC共分化实现，结合3D生物打印和微流控技术模拟血源性感染和免疫细胞跨内皮迁移。类器官-病原体共培养通过直接感染、显微注射或微流控气溶胶化模拟不同感染模式。

　　CRISPR-Cas9支持基因敲除/敲入和表达调控，用于研究病毒受体和宿主依赖因子。在组织来源类器官中建立稳定Cas9表达系，在PSC来源类器官中采用诱导型Cas9系统实现时空可控编辑。应用包括通过敲除宿主基因验证受体功能（如TMPRSS2在SARS-CoV-2复制中的作用），以及引入人类病毒受体使非易感动物类器官易感，用于跨物种传播研究。全基因组CRISPR筛选可无偏倚鉴定未知宿主因子。

　　器尊龙凯时官芯片（OoC）技术利用微流控系统控制营养、氧和细胞因子梯度，模拟机械力（如流体剪切和循环应变），用于研究SARS-CoV-2在机械应变下的感染和肠道细菌屏障破坏。多器官芯片（MOOC）系统实现“人体芯片”，如三腔室气道芯片模拟病毒从上呼吸道向下迁移，肺-肠和肺-脑芯片模拟多器官病毒传播。生物反应器包括搅拌槽、旋转壁容器和电刺激反应器，提高可扩展性和功能成熟度。3D生物打印实现细胞和材料的精确空间图案化，如投影式立体光刻构建血管网络和器官芯片。集成微传感器实时监测代谢物和电生理活动，减少终点检测依赖。

　　标准化是确保可重复性的基础，涵盖培养过程标准化（培养基配方、培养条件、活力检测）和质量控制标准化（分化成熟度、遗传稳定性、功能特性）。国际标准化组织（ISO）正在制定相关术语、制造和质量评估标准。共享数据库（如欧洲人类细胞图谱类器官项目、商业活体生物库）整合多组学数据，促进协作研究。美国食品药品监督管理局（FDA）鼓励使用新方法（NAMs）包括类器官和OoC系统，减少动物实验并提高人类相关性。

　　类器官技术已成为生物医学研究的变革性范式，通过模拟人类组织架构、上皮极性和受体多样性，促进多器官系统感染建模，并提供高通量抗病毒筛选、疫苗评估和溢出风险评估的转化潜力。但仍面临功能不成熟、缺乏免疫和血管组分、批次变异和缺乏标准化质控框架等挑战。未来需整合免疫共培养、工程化MPS、CRISPR扰动、AI设计、数字孪生、多器官整合和全球标准化生物库生态，以增强对宿主-病原体相互作用的理解和全球应对新发病原体的准备。