SARS-CoV-2动物模型全梳理

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动物模型是采用各种科学技术手段使动物罹患人类疾病，在实验室再现人类疾病发生、发展和转归过程的研究工具。对阐明疾病的发病机制、传播途径以及宿主免疫反应具有重要作用，更是评估疫苗效力和药物作用的基础。因此，动物模型是连接实验室基础研究和医院临床试验的桥梁。然而，目前研究者们似乎还未找到合适的SARS-CoV-2感染动物模型。

众多动物模型当中最常见的是小鼠（Mice），人ACE2受体在与病毒结合的关键区域的29个氨基酸中，有11个氨基酸与小鼠ACE2不同，所以SARS-CoV-2很难感染小鼠，此前中国医学科学院实验动物研究所秦川团队和爱荷华大学Stanley Perlman团队曾建立人 ACE2（hACE2）转基因小鼠作为SARS-CoV感染模型【1,2】。

基于同样的思路，2月18日， 秦川团队通过科技部组织鉴定，率先建立了SARS-CoV-2感染的hACE2转基因小鼠模型【3】，该研究经过两次修改，于2月28日将第三版本的论文上传至预印版《bioRxiv》【4】。结果虽然发现了hACE2转基因小鼠在感染后出现了体重减轻和间质性肺炎的迹象，但症状较为轻微，与人有很大不同。所以该模型仍需优化。

3月9日，《Nature》发表新闻，实验室竞相开展SARS-CoV-2的动物模型研究，曾为SARS-CoV研发的转基因小鼠供不应求【5】。除此之外，Perlman、华盛顿大学 Michael Diamond和北卡罗来纳大学Ralph Baric等也在利用其他手段开发新的小鼠模型，如利用CRISPR 基因编辑技术，鉴定使小鼠更易感或更不易感的基因、采用免疫缺陷的小鼠模型帮助筛选小鼠适应株或使用其他病原体将人ACE2基因表达进小鼠体内。Perlman利用重组hACE2的腺病毒载体感染小鼠使小鼠肺细胞表达hACE2基因，然后再用SARS-CoV-2进行感染，发现小鼠体重减轻了20%，是秦川团队的2倍多，并且还出现了翘毛症状，但仍然没有小鼠死亡，Perlman认为这只是个权宜之计，SARS-CoV-2感染更合适的小鼠模型，研究者目前仍在探索当中【6】。

人ACE2受体在与病毒结合的关键区域的29个氨基酸中，仅有4个氨基酸与仓鼠（Hamsters）ACE2不同。研究者曾在2005年发现仓鼠可以被SARS-CoV感染【7】，但由于症状比较轻微，该模型没有受到关注。本次COVID-19爆发期间，仓鼠作为SARS-CoV-2的模型前景似乎更加光明。

3月26日，香港大学袁国勇（Kwok-Yung Yuen）团队在《Clinical Infectious Diseases》上发表文章，公布了SARS-CoV-02感染的仓鼠模型数据【8】，发现仓鼠被SARS-CoV-2感染后，体重减轻、嗜睡、翘毛、驼背以及呼吸急促等症状，另外在仓鼠的肺部和肠道发现了高水平的SARS-CoV-2，这些发现与人上下呼吸道感染的表型非常相似。

4月1日香港大学Hui-Ling Yen在《research square》是也上传了相似的研究【9】，值得注意的是，他们还发现将感染SARS-CoV-2的仓鼠和未感染的仓鼠放在一起，未感染的仓鼠也会受到感染。作者认为是SARS-CoV-2的飞沫传播导致的，但他们注意到仓鼠会吃粪便，所以也不能完全排除粪口传播的可能性。仓鼠模型将有助于研究SARS-CoV-2的可能传播途径。

也有一部分研究者把目光转向了大鼠（Rats），人ACE2受体在与病毒结合的关键区域的29个氨基酸中，有13个氨基酸与大鼠ACE2不同。在SARS-CoV和SARS-CoV-2的易感性方面，大鼠同样不具有优势【10】。但大鼠的体型较大，在很多需要重复取血的实验当中具有较大优势。


MIRIMUS公司总裁Prem Premsrirut正与其他研究组合作，利用CRISPR基因编辑技术建立hACE2的大鼠模型，用以评估不同剂量的疫苗对宿主产生的抗体反应，实际上，很多药物试验包括毒理学研究等也都是从大鼠身上开始研究的【6】。

在病毒感染模型中，雪貂（Ferrets）是仅次于小鼠的常用实验模型，包括流感病毒、呼吸道合胞病毒等多种呼吸道病毒感染雪貂后，均能有效进行复制并引起与人相似的症状，被流感感染的雪貂甚至会像人一样打喷嚏，并且很容易传染给其他雪貂。这是因为雪貂的上下呼吸道解剖比例、支气管壁粘膜下腺体的密度等都与人呼吸道状况非常接近。此前的研究表明，SARS-CoV能够有效感染雪貂，引起轻度症状，并可以在雪貂之间进行传染【11】， 3月30日中国农业科学院哈尔滨兽医研究所歩志高、陈化兰团队联合中国疾控中心病毒预防控制所武桂珍团队在《bioRxiv》上发表的研究表明SARS-CoV-2可以感染雪貂，并能在上呼吸道复制长达8天，感染后的雪貂体温轻微升高，不会造成严重疾病或死亡【12】。该研究于4月8日《Science》在线【13】。

4月5日，韩国忠北大学Young Ki Choi团队和美国南加州大学Jae Jung团队等多个机构在《Cell Host & Microbe》发表的研究得到了相似的结论【14】。此外，他们进一步发现了雪貂可以经飞沫传播。值得注意的是，SARS-CoV-2对老年人的影响更大。研究者在一种可以引起血小板减少的病毒感染雪貂模型中也观察到了类似的现象【15】，年轻的雪貂被该病毒感染后没有症状，但在年老的雪貂被感染后死亡率达93%。基于此，Jung认为年老的雪貂被SARS-CoV-2感染可能会引起更严重的症状，与人相似。或许可以作为可能的SARS-CoV-2模型。

在评估潜在药物和疫苗时，最具有说服力的动物模型是猴子模型，猴子模型的缺点时昂贵并且难以操作，但在遗传学上与人极其近的亲缘关系往往使猴子试验成为开展药物和疫苗临床试验的最后一步。

COVID-19疫情爆发后，中科院武汉病毒所单超、袁志明、石正丽团队于2月27日率先在预印版《research square》上发表了第一篇SARS-CoV-2感染的恒河猴模型研究【16】，发现恒河猴在感染SARS-CoV-2后，病情轻微，体重稍有减轻，但无发烧现象，肺部显示与人相似的病理学症状。

3月14日秦川团队在预印版《bioRxiv》上的两篇研究得到了相似的结论【17】【18】，并且进一步发现了SARS-CoV-2在恒河猴模型中存在结膜感染途径，结膜感染可以引起较轻微的COVID-19症状。另一重要发现是经过SARS-CoV-2感染康复后的猴子近期不会再次感染，这一发现也为抗体保护提供了重要依据，即在自然感染或接种疫苗的免疫作用下，确实可以提供保护作用。

3月17日，荷兰伊拉斯姆斯大学Bart L. Haagmans团队对8只食蟹猕猴感染SARS-CoV-2后发现，四只最老的猴子在鼻拭子和咽拭子中的病毒载量比幼猴更高。虽然所有的猴子症状并不严重，但尸体解剖后发现四只中的两只肺部明显受损【19】。该结果与人的COVID-19轻症很相似。该模型可能比引起重症的模型更好，因为评估疫苗安全性上更容易发现问题。

3月21日，美国NIH过敏及传染性疾病研究所Emmie de Wit团队的研究同样发现SARS-CoV-2在受感染的恒河猴中可以引起呼吸道疾病，且肺部CT显示明显的渗透特征。在所有猴子的鼻拭子和咽拭子以及支气管灌洗液中均能检测到高水平的病毒载量【20】。

4月12日，中国医学科学院对比了SARS-CoV-2在3种非人灵长类的感染情况【21】。研究者感染了12只恒河猴，6只食蟹猕猴、和 6只狨。发现100%（12/12）恒河猴、33.3%（2/6）食蟹猕猴中观察到体温升高，但在6个狨体温不变。所有恒河猴和食蟹猕猴显示胸部放射异常。病毒基因组在所有猴子的鼻拭子、咽拭子、肛拭子和血液中均能检测到。解剖尸体后，恒河猴和食蟹猕猴的肺，咽喉，支气管和脾脏受到感染。在2个尸检的狨的所有组织中没有发现感染情况。这些数据均支持恒河猴和食蟹猕猴模型可以用来评估治疗或预防COVID-19的疫苗和药物。

目前，匹兹堡大学Douglas Reed和其他团队合作，正在利用猴子模型研究SARS-CoV-2的气溶胶传播途径；杜兰国立灵长类研究中心Chad Roy认为患有严重COVID-19的人类通常患有潜在的疾病，如高血压或糖尿病， 所以他期望找到或建立具有这些合并症的猴子模型，才能形成最有意义的模型。他对SARS-CoV-2感染的猴子模型充满了希望；威斯康星大学麦迪逊分校的Dave O’Connor正在研究SARS-CoV-2感染的食蟹猕猴模型，他也对此很有信心，动物模型做了才知道，总会有特别的发现【6】。

原文链接：https://www.sciencemag.org/news/2020/04/mice-hamsters-ferrets-monkeys-which-lab-animals-can-help-defeat-new-coronavirus  

参考文献

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