动物造模,动物模型,SARS-CoV-2 中国实验动物信息网 2021-06-08 1343

　　SARS-COV-2 摘要：

　　2019 年 12 月，中国确诊不明原因肺炎。中国疾病预防控制中心（CCDC）已将新型冠状病毒感染确定为此次肺炎的病因。世界卫生组织（WHO）将该病命名为“2019

　　新型冠状病毒病”（或COVID-19），国际病毒分类委员会（ICTV）将该病毒命名为“严重急性呼吸系统综合症冠状病毒”2” （或 SARS-CoV-2）。此后不久，世界卫生组织宣布 COVID-19 是一种迅速发展的大流行病。截至 2020 年 5 月 26 日，全球共有 5,406,282 人感染了 COVID-19，估计有 343,562 人死亡。目前正在进行许多临床试验以预防或干预疾病的进展。同时，开展SARS-CoV2的基础研究，支持治疗药物的有效开发也很重要。

　　为此，我们需要一个能够忠实再现病毒行为并再现COVID-19病理生理学的模型。以下是对相关细胞系、类器官和动物模型的简要回顾。

　　SARS-CoV2 研究中使用的细胞系和类器官：在

　　SARS-CoV2 研究中，体外细胞模型了解病毒生命周期，放大和分离病毒以供进一步研究，并对其进行治疗。帮助开发分子使用临床评价是必不可少的。本节列出了用于复制和分离 SARS-CoV-2 的细胞系以及可用于研究 SARS-CoV-2 对特定人体组织感染影响的类器官。

　　细胞系：在人类中，气道上皮细胞高表达与SARS-CoV-2、血管紧张素转化酶2（ACE2）和跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）结合的受体，病毒作为受体。开始使用 S 蛋白（SARS-CoV-2 刺突蛋白）。使用人原代呼吸道上皮细胞进行的 SARS-CoV-2 感染实验显示，感染 96 小时后会出现细胞病变效应。然而，人类主气道上皮细胞价格昂贵且不会无限增殖。几种永生化细胞系，如 Caco-2、Calu-3、HEK293T 和 Huh7 已用于 SARS-CoV-2 感染实验。这些细胞系无法准确模拟人类生理条件并产生低滴度的传染性 SARS-CoV-2、尽管有这种限制，但可以从使用这些细胞系的研究中了解有关病毒感染和复制的宝贵信息。然而，Vero 细胞提供了高滴度的病毒颗粒。为了有效研究 SARS-CoV-2、能够轻松复制和分离病毒的细胞系（例如 Vero 细胞）是必不可少的。这些细胞是1963年从非洲绿猴肾上皮细胞中分离出来的，在感染新城疫病毒、风疹病毒等病毒时不产生干扰素（IFN）。 12 号染色体上的 9 Mbps 纯合缺失导致 I 型干扰素 (IFN-I) 基因簇和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂基因的丢失。由于没有干扰素，SARS-CoV-2 可以在 Vero 细胞中复制。在众多 Vero 细胞克隆中，Vero E6 是*常用于复制和分离 SARS-CoV-2 的细胞。这是因为这些细胞在膜结构域中高度表达 ACE2、然而，在这些克隆细胞中，病毒用来激活 S 蛋白（SARS-CoV-2 peplomer）的受体 TMPRSS2 的表达水平非常低。为了提高 SARS-CoV-2 在 VeroE6 细胞中复制和分离的效率，Matsuyama 等人使用了过表达 TMPRSS2 的 VeroE6 细胞。据报道，这些细胞培养上清液中的病毒RNA拷贝数比VeroE6细胞高100倍以上，过表达TMPRSS2的VeroE6细胞可用于分离更高滴度的病毒。

　　类器官：类器官由多种细胞类型组成，可以模拟人体器官的生理状态。类器官具有自我复制的能力，使其成为药物发现和疾病研究中大规模筛选的良好模型。除了肺炎造成的肺损伤外，SARS-CoV-2 还会影响肾脏、肝脏和心血管系统等许多器官。 Suzuki 和 Han 等人分别为 SARS-CoV-2 研究创建了人类支气管器官或人类肺器官。他们表明，类器官允许 SARS-CoV-2 感染，并且可以评估 COVID-19 候选治疗化合物（包括 Camostat）的抗病毒作用。除了肺炎造成的肺损伤外，SARS-CoV-2 还会影响肾脏、肝脏和心血管系统等多个器官。 Monteil等人的研究表明，SARS-CoV-2感染的肾脏类器官的上清液可以有效感染VeroE6细胞，证明肾脏类器官可以产生传染性子代病毒。此外，赵等人表明，人类肝导管类器官可以使 SARS-CoV-2 感染并支持复制。有趣的是，病毒感染会损害胆管细胞的胆汁酸转运功能。这种效应可能是 COVID-19 患者胆汁酸积聚和随后肝损伤的原因。肠道也有望成为另一种病毒靶向器官。 Lamers 和 Zhou 等人报告说，由原代肠上皮干细胞建立的人类肠道类器官支持 SARS-CoV-2 复制。此外，Monteil 等人证明 SARS-CoV-2 可以直接感染由人类诱导多能干细胞分化的血管类器官。 Varga 等人证实了病毒成分和炎症细胞在内皮细胞中的积累。综上所述，这两项研究表明，SARS-CoV-2感染可直接引起多器官炎症。然而，虽然类器官可以在它们建模的特定组织中重现 COVID-19 的病理，但它们无法重现与病毒感染的全身反应相关的全身症状。

　　SARS-CoV-2 研究的动物模型：只有通过再现组织特异性和系统性病毒-宿主相互作用才能了解该疾病的复杂病理生理学。细胞系。类器官是研究它们与宿主内病毒相互作用的更快系统细胞，但只能分别在特定的细胞类型或组织中复制 COVID-19 的症状。另一方面，COVID-19 的病理学可以在动物模型中以组织特异性和系统性的方式进行复制和观察。疾病研究和候选治疗化合物使用几种不同的动物进行测试。

　　小动物：Zhou等人用HeLa细胞进行了SARS-CoV-2感染实验，在从小鼠到人类的多种动物中表达ACE2蛋白。有趣的是，SARS-CoV-2是小鼠，除ACE2外的所有ACE2蛋白可以使用。因此，Bao 等人使用了表达人类 ACE2 的转基因小鼠。感染SARS-CoV-2后，研究人员发现小鼠体重减轻，肺部发现病毒复制和间质性肺炎。在寻找替代小动物模型的过程中，我们对ACE2与不同膜中SARS-CoV-2 S蛋白的结合进行了分子对接研究，发现叙利亚仓鼠可能是合适的。感染后，这些仓鼠表现出呼吸急促、体重减轻、肺泡损伤和广泛的细胞凋亡。

　　大型动物：小鼠、叙利亚仓鼠等小型动物繁殖速度较快，有利于SARS-CoV-2的研究，但较大的有利于人类COVID-19病理学的忠实再现，动物模型优先。 Kim 等人报告了雪貂模型肺中的非致命性急性细支气管炎。另一项研究表明，SARS-CoV-2 可以在雪貂和猫中复制，但不能在猪、鸡和鸭中复制。基于这些发现，在选择动物时建议进行大型实验，而不是啮齿动物雪貂和猫。另一种可用于研究 COVID-19 的模型是灵长类食蟹猴。它是目前在病理生理学上*接近人类的。ockx 等人使用食蟹猴比较了 MERS-CoV、SARS-CoV 和 SARS-CoV-2、 MERS-CoV主要感染II型肺细胞，而SARS-CoV和SARS-CoV-2均感染I型和II型肺细胞。 SARS-CoV-2感染后，I型肺细胞受损，导致肺水肿和玻璃体膜形成。因此，食蟹猴可以感染 SARS-CoV-2 并复制 COVID-19 的一些人类病理。恒河猴也被用于 COVID-19 研究，并已被证明对腺病毒载体疫苗、表达 S 蛋白的 DNA 候选疫苗和瑞德西韦具有治疗效果。这些模型可能是复制病毒-人-宿主相互作用的*佳选择，但主要限制是食蟹猴和恒河猴的繁殖率低且慢。因此，可以先用转基因小鼠和叙利亚仓鼠进行实验。

　　结论：在过去的五个月中，COVID-19 在世界范围内迅速传播。即使是现在，感染人数和死亡人数仍在稳步增加。目前，没有预防性治疗或干预措施。控制流行病和减少相关生命损失的唯一方法是改变人们的行为，例如隔离和社交距离。预防和/或干预的治疗策略迫在眉睫。目前正在进行许多临床试验，但还需要进行体外和模型生物的临床前试验，以了解病毒并测试治疗剂的安全性和有效性。我们相信这篇综述将帮助研究人员为 SARS-CoV-2 研究选择合适的细胞和动物模型，评估每个模型的优缺点，并发现更好的模型。