新冠小鼠模型-抗疫助

冠狀病毒容易出現(xiàn)新的宿主物種，最近由SARS-CoV-2（COVID-19大流行的病原體）證明。迫切需要概括SARS-CoV-2疾病的小動(dòng)物模型來(lái)快速評(píng)估醫(yī)療對(duì)策（MCM）。SARS-CoV-2不能感染野生型實(shí)驗(yàn)室小鼠，因?yàn)椴《炯夥澹⊿）蛋白與人類(lèi)受體ACE2的小鼠同源物之間的相互作用效率低下。我們使用反向遺傳學(xué)來(lái)重塑S和mACE2結(jié)合界面，從而產(chǎn)生一種重組病毒（SARS-CoV-2 MA），該病毒可以利用mACE2進(jìn)入。SARS-CoV-2 MA在年輕成人和老年BALB / c小鼠的上呼吸道和下氣道中復(fù)制。重要的是，老年小鼠的疾病更嚴(yán)重，并且比hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠的表型顯示出更多的臨床相關(guān)表型。然后，我們通過(guò)在具有mACE2天然表達(dá)的免疫能力小鼠中的疫苗激發(fā)試驗(yàn)研究證明了該模型的實(shí)用性。最后，我們表明臨床候選干擾素（IFN）lambda-1a可以在體外有效抑制原代人氣道上皮細(xì)胞中的SARS-CoV-2復(fù)制，并且預(yù)防性和治療性給藥都會(huì)減少小鼠的復(fù)制。我們的小鼠適應(yīng)SARS-CoV-2模型展示了與年齡相關(guān)的疾病發(fā)病機(jī)制，并支持IFN lambda-1a治療在人類(lèi)COVID-19感染中的臨床應(yīng)用。
首批結(jié)果已經(jīng)出來(lái)了：據(jù)NATURE雜志3月12日?qǐng)?bào)導(dǎo)，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所建立了轉(zhuǎn)基因小鼠模型和恒河猴新冠肺炎（COVID-19）的疾病模型，報(bào)告了感染含有人ACE2基因的猴子和小鼠的初步發(fā)現(xiàn)。人源ACE2也是新冠病毒（SARS-CoV-2）借以進(jìn)入細(xì)胞的蛋白。此項(xiàng)工作豐富了對(duì)COVID-19病因?qū)W和病理學(xué)的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步研究感染與發(fā)病機(jī)制、傳播途徑、藥物和疫苗評(píng)價(jià)等提供了不可缺少的關(guān)鍵支撐。
澳大利亞動(dòng)物健康實(shí)驗(yàn)室的病毒學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，雪貂對(duì)新冠病毒SARS-CoV-2易感。目前，研究人員正在研究傳染途徑，以便之后對(duì)潛在疫苗進(jìn)行測(cè)試。雪貂是流感和其他呼吸道疾病的常用動(dòng)物模型，因?yàn)樗鼈兊姆尾可砼c人類(lèi)相似。但是，沒(méi)有哪一種動(dòng)物模型是完美的。我們需要的往往不是一種動(dòng)物模型，而是多種動(dòng)物模型。猴子和小鼠可以揭示不同的感染信息，有助于闡明免疫系統(tǒng)的作用或是病毒的傳播方式。
 
SARS研究中的小鼠模型回顧

  
歷史總是驚人的相似，從SARS到MERS，所用到的動(dòng)物模型對(duì)我們現(xiàn)在選擇新冠病毒動(dòng)物模型都有著重要的借鑒意義。2016年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院傳染病實(shí)驗(yàn)室Troy C Sutton和Kanta Subbarao教授發(fā)表綜述性文章，詳細(xì)論述了在研究冠狀病毒的過(guò)程中動(dòng)物模型的發(fā)展和應(yīng)用。從小鼠模型來(lái)看，研究者用BALB/c近交系小鼠從鼻腔滴入SARS-CoV進(jìn)行攻毒實(shí)驗(yàn)，但是結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠沒(méi)有出現(xiàn)體重減輕、肺部病理等臨床現(xiàn)象。用C57BL/6小鼠獲得了相似的結(jié)果，仍然缺乏臨床表型。在B6以及129SvEv背景條件下，缺乏NK細(xì)胞功能或者NK-T細(xì)胞的CD1-/-小鼠，和缺乏T和B淋巴細(xì)胞的RAG1-/-小鼠的病毒復(fù)制動(dòng)力學(xué)相似，且均未出現(xiàn)臨床疾病表型。B6背景的STAT1-/-小鼠在組織病理學(xué)檢查中顯示有自限性毛細(xì)支氣管炎和片狀間質(zhì)性肺炎。但是，在129SvEv背景的STAT1-/-小鼠中，表現(xiàn)出進(jìn)行性體重減輕和細(xì)支氣管炎，并發(fā)展為間質(zhì)性肺炎和縱隔炎。盡管小鼠顯示出感染和肺部疾病的跡象，但近交系小鼠未能準(zhǔn)確地再現(xiàn)在人類(lèi)觀察到的彌漫性肺泡損傷、水腫、肺細(xì)胞壞死和透明膜形成。
為了模擬流行病學(xué)發(fā)現(xiàn)的高齡所導(dǎo)致的死亡率增加現(xiàn)象，研究者開(kāi)發(fā)了SARS-CoV的老年小鼠模型。在此模型中，BALB/c和B6小鼠在肺中表現(xiàn)出高水平的病毒復(fù)制，并且這兩種小鼠的體重均有減輕，成年BALB/c小鼠還表現(xiàn)出皮毛褶皺和脫水。所有試驗(yàn)觀察到，老年小鼠模型對(duì)病毒的反應(yīng)更接近人類(lèi)所表現(xiàn)出的病毒感染表型，因此老年小鼠比年輕小鼠得到了更廣泛的應(yīng)用。
新型小鼠模型
制備新冠小鼠模型除了轉(zhuǎn)基因的方式之外，還有用腺病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)hACE2制備新冠模型小鼠的方法。2020年6月10日，廣州呼吸疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙金存教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位共同發(fā)表了利用腺病毒載體制備的新冠小鼠模型，如下圖所示，該研究通過(guò)復(fù)制缺陷型腺病毒（Ad5-hACE2）將外源hACE2通過(guò)鼻內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式遞送入C57BL/6和BALB/c兩種品系及相應(yīng)基因敲除的小鼠中，對(duì)小鼠進(jìn)行攻毒實(shí)驗(yàn)，通過(guò)免疫印跡和流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)hACE2的表達(dá)。
研究觀察到hACE2主要在肺泡上皮中表達(dá)，偶爾在氣道上皮中有陽(yáng)性細(xì)胞。感染新冠病毒的Ad5-hACE2轉(zhuǎn)導(dǎo)的BALB/c小鼠以及C57BL/6在感染2天后開(kāi)始出現(xiàn)皮毛起皺、駝背和呼吸困難等癥狀，類(lèi)似于SARS-CoV感染BALB/c小鼠。兩種小鼠品系的肺組織均顯示出多種損傷，包括血管周?chē)灵g質(zhì)性炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、壞死細(xì)胞碎片和肺泡水腫。這些都表明，該方法制備的新冠小鼠模型對(duì)新冠病毒易感，能夠有效評(píng)估疫苗和藥物的療效。