肾脏是人体的重要代谢器官,不仅参与尿素等代谢废物的最终排泄,同时参与调节人体内的电解质平衡和酸碱平衡,从而维持人体稳态、血容量及血压,同时与心血管健康息息相关。病毒感染诱发肾脏疾病,使得其原有的生理功能难以维持。然而,传统的病毒致肾功能异常研究往往建立在病理切片及体外培养的细胞基础上,无法在器官水平上反映出病毒感染导致的肾功能异常或丧失,更无法用于病毒致肾功能异常致病机理的深入探究。近年来,器官芯片（organ-on-a-chip,OOC）技术逐渐走入人们的视野,并越来越广泛地应用于体外疾病模型的构建和药物筛选领域。器官芯片技术建立在微流控芯片基础之上,通过在同一块芯片中整合不同的结构单元来模拟活体内复杂的细胞外环境,从而使体外培养的细胞实现更接近于活体的形态、功能及包括对激素和药物在内的外界刺激的响应,这同时也为体外病毒致病机理的深入研究提供了可能。在本论文中,我们借助器官芯片技术,利用经典的微流体通道-多孔膜-静态储液池三层芯片,模拟了活体内肾小管上皮细胞真实的细胞外环境,并通过在该环境下对犬肾上皮细胞（Madin Darby Canine Kidney,MDCK）进行培养,在体外构建了高度功能化的远端肾小管器官芯片（distal tubule-on-a-chip,DTC）。在DTC中,（1）由单层上皮细胞构成的重吸收屏障从上皮细胞高度、细胞极化水平,到重吸收屏障的紧密连接结构和管腔侧表面微绒毛结构,均接近于活体肾小管上皮组织水平;（2）对钠元素重吸收能力也高于现行的Transwell小室内的细胞极化模型;（3）对活体内参与调节无机元素重吸收及盐平衡的激素血管紧张素II（Angiotensin II,Ang II）的响应情况也与活体结果相符。同时,上述功能性结构和钠转运功能均可视、可检测,这为后续体外病毒致肾功能疾病模型的构建及相关肾功能异常的研究奠定了基础。接着,我们利用器官芯片在活体内器官结构和功能重建上的优势,在DTC基础上,以伪狂犬病毒（Pseudorabies Virus,Pr V）作为模式病毒对其进行侵染,构建了伪狂犬病毒致肾功能异常疾病模型（Pr V infected DTC,P-DTC）,并对病毒致肾功能异常的致病机理进行了探究。我们发现,Pr V感染下,P-DTC由于重吸收屏障（1）紧密连接结构被破坏且微绒毛发生相互缠绕,（2）钠转运蛋白的表达量改变且两者均不再具备有极性的亚细胞分布,而使得P-DTC的钠元素重吸收能力急剧下降,这可能是引起病毒感染中常见的血清电解质异常的原因之一。此外,由于DTC中更加完善的屏障功能,Pr V对细胞的侵染在一定程度上受到了阻碍,且在12 hpi内并未因感染而导致P-DTC中细胞间产生膜融合而形成合胞体。综上,我们利用器官芯片技术首次实现了病毒致远端肾小管生理结构和功能变化的可视化和可检测化,并在此基础上探究了病毒致肾功能异常的致病机理;同时我们在更接近于活体情况的疾病模型上发现了不同于传统模式下的病毒侵染行为。我们的工作体现出了器官芯片在病毒致相关疾病的研究中的优势,有望进一步地将其应用于病毒的致病机理探究、新型病毒感染的症状预测以及临床用药指导中。