2019新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情在全球大流行至今已近三年，截至2022年11月7日，COVID-19已导致全世界逾6.29亿人感染，近660万人死亡^[1]。COVID-19成为人类有记载以来，影响范围最广、大流行时间最长的疫情。作为一种突发新发传染病，中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所以令世界震惊的速度快速完成了新冠病原鉴定，并联合武汉金银潭医院、北京地坛医院、湖北省疾病预防控制中心，共同发表了新冠病原鉴定的首篇文章^[2]。该文章描述了2例索引病例的临床特征，详细阐述了新冠病原鉴定的全过程（新冠病毒全序列测定、核酸检测方法、病毒分离、电镜照片），与世界共享了新冠病毒全序列和新冠核酸检测方法。截至目前，该文章的引用次数高达12000次，受到了世界同行的高度关注^[3,4]。

冠状病毒是有包膜的单股正链RNA病毒，对人和多种动物普遍易感，可导致呼吸系统、消化系统、神经系统等多系统感染。人冠状病毒自其被发现以来，一直被认为是一类温和的病毒，仅引发普通人群季节性感冒^[5,6]。2002年末，一种“非典型肺炎”即严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Syndromes, SARS)疫情暴发，迅速蔓延全球并造成8096人感染，774人死亡，病死率高达10%^[7,8]。2003年4月16日，历时4月余，世界卫生组织正式宣布“非典型肺炎”疫情的病原为一种新的冠状病毒——严重急性呼吸综合征冠状病毒（Severe Acute Respiratory Syndromes, SARS-CoV），这是人类历史上第一次发现冠状病毒可对人类造成致死性的重症感染^[9,10]。

SARS-CoV的发现成为冠状病毒研究史上的关键转折点：越来越多的科学家致力于冠状病毒的发现、溯源、跨种传播和致病机制的研究，相继有新的人季节性人冠状病毒NL63^[11](HCoV-NL63)、人冠状病毒HKU1^[12](HCoV-HKU1)及高致病性的中东呼吸综合征冠状病毒^[13]（MERS-CoV）被发现和鉴定。但由SARS-CoV导致的“非典疫情”并未再次出现。然而，由于冠状病毒的宿主广泛且具有跨种传播的特点^[14]，人类随时面临未知冠状病毒（CoV-X）引发感染并造成疫情暴发的威胁。因此，中国疾病预防控制中心病毒病所自“非典”疫情之后，重点开展了高致病性冠状病毒的病原学快速鉴定技术平台的建设。

在冠状病毒病原学鉴定中，病毒的分离培养是最为关键却又充满挑战的环节：分离到具有感染性的活病毒是鉴定病毒感染的金标准，同时也是后续建立动物模型、完整验证科赫定律、评价诊断试剂、疫苗研发、药物筛选等研究的物质基础。但是，冠状病毒分离培养一直是业界难题，成为我国冠状病毒研究的技术瓶颈。人源呼吸道类器官（human airway epithelium organoids，HAE）是基于人成体干细胞（adult stem cells, ASC）技术，通过气-液两相的培养模式，在体外重构呼吸道上皮在体内的结构和功能。HAE具有纤毛细胞、分泌细胞、基细胞等多种呼吸道上皮的细胞类型，具有假复层纤毛柱状上皮的生理结构，为病毒的繁殖提供了天然的受体、感染微环境和细胞类型^[15]。理论上HAE对多种呼吸道病毒均易感，是进行呼吸道病毒分离培养的良好模型。特别对新发突发呼吸道病毒的快速分离鉴定，HAE具有呼吸道病毒复制所需的适宜的种属、敏感的嗜性细胞以及天然复制微环境等常规细胞不具备的优势，是进行呼吸道病原快速鉴定的良好的技术平台。

中国疾病预防控制中心病毒病所谭文杰团队靶向冠状病毒难于分离培养的业界难题，率先开展了人源呼吸道上皮类器官技术平台的建立，并在其对呼吸道病毒的敏感性、通用性及其在疫情鉴定的应用性三方面均进行了技术优化和改进。首先证明HAE可分离获得常规细胞无法分离培养的HCoV-HKU1^[16]，并自主分离到中国（不含台湾地区）第一株HCoV-HKU1^[17]；证明HAE对陈旧性标本中的流感病毒更具敏感性^[18]；同时证明了其对多种呼吸道病毒均具有通用性，应用HAE分离获得了多种呼吸道病毒（图1）。其次，为了应对呼吸道病毒疫情的不确定性，该团队进一步改进培养技术，建立即用型HAE，采用定期分化的模式，确保随时都具有分化好的HAE可用，确保疫情暴发即刻应用。此外，该团队发现，采用气-液两相诱导分化的“2D”的呼吸道类器官，可以直接将样本中的呼吸道病毒最大程度地暴露于病毒优势感染的呼吸道上皮的顶面（apical），大大提高了病毒的分离率，比具有“3D”结构的呼吸道类器官在病毒分离方面具有优势。该团队率先成功建立HAE技术平台，并率先将该技术平台应用于呼吸道病毒的分离鉴定，提升了我国疾控体系呼吸道病毒快速分离鉴定的能力。

2019年底，武汉华南海鲜市场暴发不明原因肺炎疫情。12月31日，卫健委专家组抵达武汉，不明原因肺炎疫情病原鉴定正式拉开帷幕。中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所于2020年1月2日下午获得患者呼吸道标本，应用成熟的呼吸道病原鉴定技术平台，以世界震惊的速度，快速完成了新冠病因学的鉴定：24 h完成病毒全序列的测定，72 h建立新冠病毒特异性分子检测方法，96 h观察到患者肺泡灌洗液样本在HAE中的独特病变，120 h分离获得新冠病毒。鉴于HAE的高度敏感性和强烈的指示作用，样本接种后96 h出现独特的细胞病变，优于Vero、huh7.5等细胞系，率先分离获得新冠病毒（图2）。尽管当时没有完整的验证科赫定律，但测序结果显示患者呼吸道标本中含有一种全新的冠状病毒序列；HAE直观展示了一种可直接感染人呼吸道上皮并造成人呼吸道上皮细胞严重病变的活病毒的存在；电镜检测捕捉到这种病毒具有经典的冠状病毒形态及其在人呼吸道上皮类器官中的复制的直观证据。测序技术与呼吸道类器官技术在新病原鉴定中的有机结合，使得中国在一周内迅速完成了病原鉴定，确认暴发于武汉华南海鲜市场的不明原因肺炎的病原为一种新型冠状病毒2019-nCoV,后被命名为SARS-CoV-2。

SARS-CoV-2是迄今为止被发现的第七种能够感染人的冠状病毒，也是继SARS-CoV、MERS-CoV后第三种高致病性人冠状病毒。该病毒的鉴定引发了全球的高度关注。WHO高度赞誉中国确认病原的速度，这一速度是2003年的“非典”疫情病原鉴定所无法比拟的。中国在确认病原后，迅速向全球分享了病毒的全序列和分子检测方法，为全球诊断试剂、疫苗研发（特别是mRNA疫苗）、药物筛选及各国防疫策略的制定等方面均做出了关键性贡献！

自SARS-CoV-2鉴定以来，类器官技术应用于SARS-CoV-2病原学的研究迅速成为热点。基于呼吸道类器官，谭文杰团队继续开展了新冠病毒在呼吸道上皮的细胞嗜性和原位损伤研究，并首次发现SARS-CoV-2在呼吸道上皮具有纤毛细胞、分泌细胞两类嗜性细胞；率先并公布了SARS-CoV-2在这两类细胞内的形态发生^[19]。国际上不同的团队基于不同的人源类器官，包括肠、全脑、脉络丛、肝脏、血管、肾脏、眼等均开展了SARS-CoV-2的感染和原位致病研究：证明SARS-CoV-2可感染肠上皮细胞^[20,21]、神经元^[22]、脉络丛上皮细胞^[23]、胆管上皮^[24]、角膜缘干细胞^[25]等多种细胞。类器官技术应用于SARS-CoV-2研究的另一个研究热点是进行抗病毒药物筛选：陈水兵团队基于多潜能干细胞分化的肺、肠类器官，筛选抑制SARS-CoV-2进入细胞的抑制剂^[26]。应用类器官技术进行药物筛选比常规细胞更具生理性，可实现高通量，规避了大量动物的使用。

尽管目前全球基于类器官的病原学研究已经达到了井喷的状态，但应用类器官开展病毒的致病性及病毒-宿主相互作用的研究仍具有一定局限性。首先，限于技术和基质胶等材质差异，不同研究组分化的类器官具有异质性可能导致研究结果的非一致性。其次，类器官并没有分化出器官在体内的组织静息免疫细胞，病毒感染后，也无法招募免疫细胞进入感染部位，因此无法重构病毒感染靶器官后的固有免疫反应。可以通过类器官-免疫细胞或类器官-内皮细胞-免疫细胞共培养等方法进行改进。

近期新兴的“类器官芯片”（Organoids-on-Chips）技术是将“类器官”和“器官芯片”两种生命科学和工程学领域前沿技术相结合，即将类器官培养体系集中在芯片微型结构中，并引入了微灌流和机械牵拉系统，模拟器官在机体内的血液灌流、呼吸运动或肠道蠕动等生理条件，在新药研发、感染免疫、疾病建模和个体化精准医疗等领域具有广泛应用。2022年8月，FDA批准了完全基于“类器官芯片”研究或者临床前数据的新药（NCT04658472）进入临床试验，这是全球范围内首次批准一个未使用动物实验的药物进入临床试验。这是新药研发的里程碑事件，代表着“类器官芯片”实验首次取代传统动物实验并被官方正式认可，未来类器官芯片也将在病原学的研究中得到更加深远的应用。