动物造模,动物模型 中国实验动物信息网 2022-09-09 392

　　SARS-COV-2 概述：

　　2019年12月，中国确认了病因不明的肺炎。中国疾病预防控制中心（CCDC）确定了一种新型冠状病毒感染是造成这种肺炎的原因。世界卫生组织（WHO）将该疾病命名为“ 2019

　　新型冠状病毒疾病”（或COVID-19）和国际病毒分类委员会（ICTV）将病毒命名为“严重急性呼吸综合征冠状病毒2”（或SARS -CoV-2）。不久后世卫组织宣布，COVID -19是一种快速发展的大流行病。截至2020年5月26日，全球共有5406282人感染了COVID -19，估计有343562人死亡。目前正在进行多项临床试验以预防或干预疾病进展。同时，对SARS-CoV2进行基础研究以支持治疗药物的有效开发也同样重要。

　　为此，需要能够忠实复制病毒行为和复制COVID-19病理学的模型。在这里，我们简要回顾了相关的细胞系、类器官和动物模型。

　　用于SARS-CoV2研究的细胞系和类器官：

　　对于SARS -CoV2研究而言，体外细胞模型对于理解病毒的生命周期，扩增和分离病毒以进行进一步研究以及对治疗性分子开展临床前评估至关重要。本节列出了用于复制和分离SARS-CoV-2的细胞系，以及可用于检查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，气道上皮细胞高度表达结合SARS-CoV-2的受体、血管紧张素转换酶2（ACE2）和跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2），这是病毒用来启动S蛋白（SARS-CoV-2的棘突蛋白）的受体。已发现使用原代人气道上皮细胞的SARS -CoV-2感染实验在感染后96小时具有细胞病变作用。但是，人的主要气道上皮细胞价格昂贵，并且不会无限期增殖。几种无限增殖的细胞系，例如Caco-2、Calu - 3、HEK293T、 Huh7，已用于SARS-CoV-2感染实验中。这些细胞系不能准确地模拟人类的生理条件并产生低滴度的传染性SARS-CoV-2。尽管有此限制，仍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有价值的信息。然而，Vero细胞提供了高滴度的病毒颗粒。对于有效的SARS-CoV-2研究来说，一种能够轻易复制和分离病毒的细胞系，如Vero细胞，是必不可少的。这些细胞是1963年从一只非洲绿猴的肾上皮细胞中分离出来的，在感染新城疫病毒、风疹病毒和其他病毒时没有产生干扰素（IFN）。12号染色体上的9 Mbp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丢失。. IFN缺乏使SARS-CoV-2在Vero细胞中复制。在众多的Vero细胞克隆中，Vero E6是复制和分离SARS-CoV-2*常用的细胞，因为这些细胞在膜结构域高度表达ACE2。然而，在这个克隆细胞中，病毒用来启动S蛋白（SARS-CoV-2的棘突蛋白）的受体TMPRSS2的表达水平相当低。为了增强SARS -CoV-2在Vero E6细胞中的复制和分离效率，Matsuyama等人使用过表达TMPRSS2的Vero E6细胞。报告说，这些细胞的培养上清液中的病毒RNA拷贝数比Vero E6细胞中的病毒RNA拷贝数高出100倍以上，这表明使用过表达TMPRSS2的Vero E6细胞可以分离出更高滴度的病毒。

　　类器官：类器官由多种细胞类型组成，可模拟人体器官的生理状况。 由于类器官具有自我复制的能力，因此它们也是在药物发现和疾病研究中进行大规模筛选的合适模型。除了肺炎引起的肺损伤外，SARS-CoV-2还影响肾脏、肝脏以及心血管系统等多个器官。Suzuki 和Han等人 分别产生了人支气管类器官或人肺类器官，用于SARS-CoV-2研究。他们表明，类器官允许SARS -CoV-2感染，并且可以评估COVID -19候选治疗性化合物（包括Camostat）的抗病毒作用。除了由肺炎引起的肺损伤外，SARS-CoV-2还影响肾脏，肝脏和心血管系统等多个器官。Monteil等人研究表明，SARS-CoV-2感染的肾类器官的上清液能有效地感染Vero E6细胞，表明肾类器官可产生传染性子代病毒。 另外，赵等人已证明人类肝导管类器官可允许SARS -CoV-2感染并支持复制。有趣的是，病毒感染损害了胆管细胞的胆汁酸转运功能。这种作用可能是COVID-19患者胆汁酸蓄积和随后肝损害的原因。此外，预计肠道是另一个病毒靶器官。Lamers和周等人报道显示，从原代肠上皮干细胞建立的人肠类器官支持SARS-CoV-2复制。此外，Monteil等人还证明了SARS-CoV-2可直接感染人诱导多能干细胞分化的血管类器官。Varga等人证实内皮细胞内存在病毒成分和炎性细胞的积聚。总之，这两项研究表明，SARS-CoV-2感染可直接导致多个器官的炎症。但是，尽管类器官可以在其建模的特定组织中复制COVID-19的病理学，但它们无法复制与全身对病毒感染的反应相关的全身症状。

　　用于SARS-CoV-2研究的动物模型：只有通过复制组织特异性和系统性病毒-宿主相互作用，才能理解疾病的复杂病理生理学。尽管细胞系和类器官是研究病毒及其在宿主细胞内部相互作用的较快系统，但它们只能分别在特定细胞类型或器官中复制COVID -19的症状。另一方面，可以在动物模型中以组织特异性和全身性的方式复制和观察COVID-19的病理。几种不同的动物被用来研究这种疾病和测试候选的治疗化合物。

　　小动物：周等人使用HeLa细胞进行SARS-CoV-2感染实验，该细胞表达从小鼠到人类的多种动物的ACE2蛋白。有趣的是，SARS-CoV-2可以使用除小鼠ACE2以外的所有ACE2蛋白。因此，Bao等人使用表达人ACE2的转基因小鼠。研究小组发现，SARS-CoV-2感染后，小鼠体重减轻，肺部发现病毒复制和间质性肺炎。在寻找替代性小动物模型的过程中，我们对不同膜的ACE2与SARS-CoV-2的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、体重减轻和肺泡损伤，并伴有广泛的细胞凋亡。

　　大动物：虽然像小鼠和叙利亚仓鼠这样的小动物有利于研究SARS-CoV-2，因为它们繁殖更快，但是，要忠实地复制人类的COVID-19病理，更大的动物模型是首选的。Kim等人报道了雪貂模型肺非致死性急性细支气管炎。另一项研究表明，SARS-CoV-2可以在雪貂和猫身上复制，但不能在猪、鸡和鸭身上复制。根据这些发现，在选择大型实验动物而不是啮齿动物时，建议使用雪貂和猫。另一种可用于COVID-19研究的模型是灵长类食蟹猴，目前在病理生理学上与人类*为接近。Rockx等人用食蟹猴比较MERS-CoV、SARS-CoV和SARS-CoV-2。虽然MERS-CoV主要感染I I型肺细胞，但SARS-CoV和SARS-CoV-2都感染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透明膜的形成。因此，食蟹猴可以感染SARS-CoV-2并复制COVID-19的一些人类病理学。恒河猴也已用于COVID-19研究，证实了腺病毒载体疫苗，表达S蛋白的DNA候选疫苗和瑞德西韦的治疗效果。虽然这些模型在复制病毒-人-宿主相互作用方面可能是*好的，但主要的限制是食蟹猴和恒河猴的繁殖率较低且较慢。因此，可以*行转基因小鼠和叙利亚仓鼠的实验。

　　结论：在过去的五个月中，COVID -19在世界范围内迅速传播。 即使到现在，被感染的人数和死亡人数仍在增加。 目前，尚无预防治疗或干预方法。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，如隔离和社会距离。预防和/或干预的治疗策略迫在眉睫。虽然目前正在进行多项临床试验，但同时也需要对体外和模型生物体进行临床前研究，以了解病毒并测试治疗药物的安全性和有效性。我们相信，本概述将有助于研究人员为SARS -CoV-2研究选择合适的细胞和动物模型，并有助于评估每种模型的优缺点及发现更好模型。