来源：   发布时间：2023-06-27 13:33:13   浏览：

雪貂 图源网络

进入21世纪后，人类已经经历了3次与冠状病毒有关的传染性疾病流行：严重急性呼吸综合征(SARS)、中东呼吸综合征(MERS)和新型冠状病毒病(COVID19)。这3种疾病的共同特点是：具有较高的致死率，都缺乏安全有效的疫苗和抗病毒药物。动物模型是药物研发和疫苗制备的重要工具。一种理想的疾病动物模型具有以下3个特点：疾病同源性、表象一致性和药物预见性。目前应用于人类疾病动物模型构建的实验动物主要是啮齿类的大鼠和小鼠，豚鼠、家兔、小型猪非人灵长类动物和雪貂等也有不同程度的应用。相较于体型较大的实验动物，啮齿类实验动物具有体积小、繁育周期短、饲养条件简单、易于操作和伦理问题少等优点。本文将对啮齿类动物模型在SARS、MERS和COVID-19相关研究中的应用研究进展展开讨论，旨在为啮齿类动物模型更好的服务于冠状病毒相关的药物研发和疫苗制备研究提供参考。

1 啮齿类动物模型在严重急性呼吸综合征(SARS)相关研究中的应用

应用于SARS研究的啮齿类动物模型主要包括BALB/c，C57BL/6和叙利亚仓鼠等，这些动物模型为人类了解SARS-CoV的传播途径，感染和致病机制做出了重大贡献。

1.1 SARS感染小鼠模型

研究发现，BALB/c小鼠通过不同感染途径感染SRAS-CoV后会出现不同的病理反应：(1)鼻内感染时，呼吸道内的病毒复制在第2d达到最大峰值，在第5d清除；肺内的病毒复制则在第3d时达到峰值；9d后动物出现自愈。(2)灌胃和口服感染时，可发现病毒在肺组织和小肠中的扩增。小鼠鼻内感染SARS-CoV后能够产生特异的抗体中和反应，并保护动物不被SARS-CoV再次感染。小鼠感染实验的结果显示，年龄因素可能对SARS-CoV易感人群有重要影响。另有研究发现，C57BL/6小鼠也能支持SARS-CoV在体内复制。

包括全病毒灭活疫苗、DNA灭活疫苗、重组活载体疫苗、减毒病毒和亚单位疫苗等在内的SARSCoV疫苗都可通过小鼠模型进行评价。针对SARS-CoVS蛋白的疫苗的免疫应答和保护作用均在BALB/c小鼠模型中得到了印证；表达SARSCoVN蛋白的病毒载体疫苗可以通过诱导CD4+T细胞依赖的保护对抗SARS-CoV感染也是通过BALB/c小鼠模型得到印证的。

1.2 SARS感染仓鼠模型

仓鼠 图源网络

SARS-CoV可以感染叙利亚仓鼠并在肺内进行复制。仓鼠经鼻内途径感染SARS-CoV后会在呼吸道和肺部出现炎症反应，肺组织会发生包括间质性炎症、肺炎和实变在内的病理改变。7d后，仓鼠的炎症反应会消退并产生大量的中和抗体，保护仓鼠不发生再次感染。相较于BALB/c、C57BL/6小鼠，叙利亚仓鼠是更优的动物模型选择。

2 啮齿类动物模型在中东呼吸综合征(MERS)相关研究中的应用

MERS是2012年出现的一种由MERS-CoV感染引起的新型呼吸道传染疾病，目前仍旧缺乏特效治疗药物和疫苗。骆驼作为MERS-CoV的天然宿主是一种良好的病毒感染动物模型，但由于骆驼体型大，个体间遗传背景和微生物背景差异较大，并不适合用于疫苗和治疗药物的研发。

2.1 MERS-CoV 感染小鼠模型

MERS-CoV利用S蛋白上的受体结合域RBD与受体细胞表面受体二肽基肽酶4(Dipeptidylpeptidase4，DPP4)结合来感染宿主细胞。ColemanCM等尝试使用在免疫功能正常的BALB/c小鼠、129S6/SvEv小鼠和先天免疫缺陷的129/STAT1-/-小鼠中接种PBS，120或1200TCID50的MERS-CoV毒株来研究病毒在不同小鼠体内的复制能力。研究结果表明，所有小鼠都未出现明显体重减轻，肺部未检测到病毒粒子或仅出现轻微的病变或炎症反应，未表现出与感染MERS-CoV的人相同的临床症状。综上MERS-CoV未在小鼠体内发生复制。现有的实验结果证明，小鼠的DPP4分子不能作为中东呼吸综合征冠状病毒感染的功能受体，MERS-CoV不能感染小鼠可能是受体分子存在同源性差异导致的。

小鼠 图源网络

2.2 MERS-CoV 感染仓鼠模型

因为叙利亚仓鼠模型可作为SARS-CoV的感染模型之一，deWitE等人尝试通过气管内接种和气溶胶感染的方式，使仓鼠感染MERS-CoV。但在随后的观察中，deWitE等人并未发现仓鼠出现感染迹象：未从肺脏、脾脏、肾脏、鼻咽拭子、肛拭子等样本中分离到MERS-CoV，也未检出MERS-CoV核酸。以上结果表明MERS-CoV不能在仓鼠体内复制。

2.3 MERS-CoV 感染基因工程小鼠模型

科研工作者们通过利用转基因技术和基因编辑技术在小鼠体内不同程度地表达MERS-CoV病毒受体即人DPP4分子(CD26)成功构建了MERS-CoV感染基因工程小鼠模型。按照人DPP4分子表达方式的不同，MERS-CoV感染基因工程小鼠模型可以分为以下4种：(1)通过重组腺病毒在小鼠呼吸道内瞬时短暂表达人DPP4分子。(2)利用转基因技术在小鼠体内广泛稳定表达人DPP4分子。(3)DPP4分子人源化小鼠模型。(4)DPP4基因分子修饰小鼠模型。

3 啮齿类动物模型在新型冠状病毒病(COVID-19)中的应用研究

小鼠 图源网络

2019年12月，被称为新型冠状病毒的严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)首先由中国科学家进行了报道。2020年2月，世界卫生组织宣布由SARS-CoV-2引发的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在全球大流行。该病毒通过飞沫、密切接触、受污染的物体、气溶胶等方式传播，特别是处于潜伏期的患者也有可能将病毒传播给其他人。通过动物模型可以对COVID-19复杂的病理生理学改变进行分析和研究，如病毒复制的组织特异性和病毒宿主相互作用等。特别需要指出的是在病毒感染过程中起到关键作用的免疫反应只能在活体中进行研究。另外，动物模型还被用于评估疫苗和开发抗病毒药物。一种理想的COVID动物模型应该能够真实的反映SARS-CoV-2感染后病理改变和临床症状，以及病毒复制情况。

3.1 COVID-19感染野生型小鼠模型

目前，缺乏适合的小动物模型是阻碍COVID-19相关研究高效开展的严重障碍之一。目前，野生型小鼠，转基因小鼠，基因敲除小鼠和人源化小鼠都被尝试用于SARS-CoV-2感染小鼠模型构建。野生型小鼠中，BALB/c和C57BL/6是最常用的建模动物。然而，感染SARS-CoV-2后，BALB/c和C57BL/6都未出现任何临床症状，不出现体重减轻和病毒血症，也不发生死亡。以上结果提示BALB/c和C57BL/6小鼠不是理想的COVID模型，这种情况有可能是因为ACE2受体的种属差异导致的。

3.2 COVID-19感染hACE2基因修饰小鼠模型

稳定表达人ACE2(hACE2)的基因工程小鼠可以通过将hACE2基因由特定的启动子驱动并通过精准敲入小鼠基因组建立，也可以通过利用转基因技术建立。Bao L等人用SARS-CoV-2感染表达人ACE2的转基因小鼠(hACE2小鼠)后，SARS-CoV-2在被感染的hACE2小鼠肺部发生复制，同时动物出现体重减轻并发生间质性肺炎，该结果证明SARSCoV-2对hACE2小鼠有致病性。该模型用于评价抗病毒治疗药物和疫苗。Zheng J等人使用上皮细胞特异启动子K18调控的K18-hACE2转基因小鼠进行SARS-CoV-2感染实验，小鼠出现肺功能受损现象，一些小鼠还出现了脑部疾病。值得注意的是，这种小鼠在感染早期出现嗅觉丧失，这与COVID-19轻症患者症状相似。因此，K18-hACE2小鼠可为研究轻型COVID-19提供支持。

3.3 COVID-19感染hACE2非转基因小鼠模型

通过在小鼠的气管内转导腺病毒相关载体(AAVhACE2)或表达hACE2的腺病毒5(Ad5-hACE2)，引起小鼠肺组织中hACE2高度表达，使病毒可以进入小鼠呼吸道上皮细胞和感染小鼠，来建立非转基因小鼠模型。研究发现，转入Ad5-hACE2的BALB/c小鼠或C57BL/6小鼠可出现严重的上、下呼吸道炎症，体重下降，严重的肺部病变和肺部的高滴度病毒复制；而转入AAV-hACE2的C57BL/6小鼠则出现与COVID-19患者相似的中度间质性肺炎的特征。通过病毒载体的帮助虽然可快速的获得易感动物，但仅能模拟有限的SARS-CoV-2感染特征。

3.4 基于SARS-CoV-2小鼠适应株的小鼠模型

SARS-CoV-2小鼠适应株可通过在小鼠体内连续传代获得或通过反向遗传学技术获得。Wang J等人使用4~6周龄的雌性BALB/c小鼠经鼻内感染SARS-CoV-2/HRB26，连续传14代后得到小鼠株HRB26M。野生型BALB/c小鼠感染HRB26M后能够出现轻微的病变，说明SARS-CoV-2成功适应并获得感染BALB/c幼鼠的上、下呼吸道的能力。Gu H等人使用更简便的方法仅传代6次就获得了MASCp6病毒株。继续传代30次后，可获得适应性更强的病毒株MASCp36，MASCp36感染9月龄的小鼠后可引起典型的呼吸症状。

3.5 人源化的小鼠模型 SARS-CoV-2SCID

小鼠感染模型是将人胎儿肺组织移植到SCID小鼠的背侧皮肤后直接向移植小鼠肺组织中注射SARSCoV-2病毒，该模型显示出快速的病毒复制、严重的肺损伤和强大的促炎症反应。研究表明利用CRISPR/Cas9技术可以使hACE2在mACE2启动子的控制下在小鼠肺脏和肾脏中表达构建人源化小鼠。人源化hACE2小鼠感染SARS-CoV-2后，能够在大脑、气管和肺部检测到高病毒载量。人源化的小鼠模型可在机体抗SARS-CoV-2免疫机制的研究中得到应用。

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3.6 仓鼠模型

仓鼠ACE2的基因序列与人类ACE2有很大程度的相似性。当仓鼠通过鼻腔接种SARS-CoV-2时，可以观察到病毒的肺内复制和肺部炎症，肺部有明显充血和坏死性细支气管炎。当STAT2基因敲除仓鼠感染SARS-CoV-2时，表现出比野生型小鼠严重的病毒血症和肺部病毒滴度。RAG2基因敲除仓鼠经呼吸道接触SARS-CoV-2后出现了体重减轻，高病毒载量和死亡率增加等严重的临床症状。研究证实经SARS-CoV-2感染的仓鼠的鼻黏膜成熟和未成熟嗅觉感觉神经元会出现损伤，这可能解释了COVID19患者嗅觉缺失的原因。最新的一项研究中，SARS-CoV-2Omicronvirus在感染仓鼠时出现仓鼠肺部疾病减弱的情况，这与人类临床数据相似。仓鼠模型被广泛应用于包括传播途径、变异菌株致病性和抗体治疗在内的一系列研究中。

4 结语与展望

2002年11月开始出现的人感染SARS-CoV病例，2012年6月开始出现的人感染MERS-CoV病例，以及2019年12月出现的人感染SARS-CoV-2病例，都提示着人兽共患传染病和新发突发传染病的防控形势十分严峻。如何有效预防、控制和消灭人兽共患传染病，如何应对、处理、控制和解决突如其来的新发突发传染病已然成为全人类共同面临的巨大挑战。

啮齿类动物模型在人兽共患病和新发突发传染病防控研究中应用颇为广泛，在包括病原分离、感染与发病机制研究、药物筛选与评价、疫苗研制与评价、诊断用品制备等诸多方面发挥着重要作用。啮齿类动物具有体积小，繁育周期短，饲养条件简单，伦理问题较少等优点，成为最常用的实验动物。但啮齿类动物也具有一定的局限性，单就冠状病毒病临床症状研究来说，啮齿类动物未表现出重症症状或死亡。啮齿类动物和人类亲缘关系较远，还没有一种啮齿类动物模型能够全面的模拟患者的全部症状。

近年来，锌指核酸酶(zinc finger nuclease，ZFN)技术、核酸酶(transcription activator-like effector nucleases，TALEN)技术以及CRISPR/Cas9系统为病毒感染动物模型的开发提供了新的契机。相信在不久的将来，我们能够拥有更多更好更合适的动物模型用于各类传染病的防控和防治研究。在对病原不断深入了解的基础上，动物模型的开发、筛选和评价工作必将与传染病研究工作相辅相成，互相促进。

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参考文献：杨宛莹，翟悦怡，隗和儒，谢英.啮齿类动物模型在三种人类高致病性冠状病毒传染病中的研究与应用进展[J].中国人兽共患病学报，2023，39(03)：268-274.