客观日本

【新型肺炎】东京大学发现:仓鼠可用作新冠病毒感染动物模型

2020年06月30日 生物医药

东京大学医科学研究所感染与免疫部门病毒感染领域的河冈义裕教授等人组成的研究团队发现,仓鼠可以作为新冠病毒感染症(COVID-19)的感染模型动物使用。通过将仓鼠用作COVID-19的感染动物模型,对这种传染病的病理认识,以及相应治疗方法和预防方法的开发有望大大取得进展。

2019年12月,湖北省武汉市卫生健康委员会报告武汉市发生非典型肺炎的聚集性感染,并确认致病病毒为新型冠状病毒(图1)。新冠病毒造成的传染病(COVID-19)目前仍在全球肆虐。截至2020年6月15日,全球累计感染人数已经超过760万人,其中约43万人死亡。COVID-19的全球大流行不仅危害健康,还严重影响了各国的社会经济活动。

title

图1:新冠病毒的电子显微镜图像
在新冠病毒表面观察到了冠状病毒特有的大量冠状刺突蛋白。

要想了解这种传染病的病理,并开发有效的治疗方法和预防方法,需要能再现人类症状的模型动物。研究团队此次调查了从患者体内分离出来的新冠病毒在仓鼠体内的繁殖性和病原性。调查发现,新冠病毒会在仓鼠的肺部等呼吸系统中大量增加,感染仓鼠的肺部病变与COVID-19患者的病变相似。另外发现,感染过该病毒的仓鼠,即使病毒再次入侵体内也不会再被感染。此外还发现,即使已经感染病毒,将恢复期的血清注射到感染仓鼠体内,也可以抑制呼吸系统的病毒繁殖。

研究还发现,新冠病毒与2003年出现的严重急性呼吸综合征(SARS)冠状病毒在遗传上属于近缘,但对其基本性状几乎完全不清楚。另外,目前尚未确立针对COVID-19的有效治疗方法和预防方法。要想了解COVID-19的机制,并开发相应的疫苗和抗病毒药,需要确立能再现人类症状的动物模型。

先行研究确认,仓鼠会感染2003年的严重急性呼吸综合征(SARS)冠状病毒。因此,研究团队在仓鼠的鼻腔内接种了从患者体内分离出来的新冠病毒,调查该病毒是否会在仓鼠的呼吸系统繁殖并引起肺炎等呼吸系统症状。通过每天测量感染新冠病毒的动物和未感染动物(对照组)的体重发现,对照组的体重增加,而感染组的体重减轻(图2)。另外还发现,该病毒会在肺部等呼吸系统中高效繁殖。研究团队利用计算机断层扫描法(CT)解析了感染动物的肺部,观察到与COVID-19患者的肺部相同的病变(图3)。由此确认,感染新冠病毒的仓鼠出现与COVID-19患者的肺炎相似的疾病特征。

title

图2:病毒对仓鼠的病原性
在仓鼠的鼻腔内接种了新冠病毒。然后每天测量感染组和非感染组(对照组)仓鼠的体重。发现对照组的体重增加,而感染组的体重减轻。

title

图3:感染新冠病毒的仓鼠肺炎图像
在仓鼠的鼻腔内接种新冠病毒后,利用计算机断层扫描法(CT)解析了仓鼠的肺部。在感染仓鼠的肺部也发现了与COVID-19患者的CT图像相同的病变。蓝色表示气管和支气管。红色表示气胸。

接下来,研究团队调查了从新冠病毒感染中康复的仓鼠是否对再次感染具有抗性。使从第一次感染中康复的仓鼠再次感染该病毒后(初次感染后第20天),研究团队检测了呼吸系统中的病毒量。结果显示,再次感染的试验组完全没有从呼吸系统中检测出病毒(图4),而用于对照的初次感染组(对照组)则从呼吸系统中检测出了高浓度病毒。这表示,如果体内通过感染产生了病毒抗体,即使病毒再次进入体内,也不会感染或者发病。也就是说,如果能通过接种疫苗,诱导与感染时相同的免疫反应,就很有可能抑制病毒繁殖和发病。

title

图4:使从新冠病毒感染中康复的仓鼠再次感染
向从初次感染中康复的仓鼠的鼻腔内再次接种新冠病毒。再次感染后第4天检测呼吸系统中的病毒量发现,再次感染的仓鼠完全没有从呼吸系统中检测出病毒。由此可见,初次感染后产生了病毒抗体的仓鼠不会再次感染。

此外,研究团队还调查了注射从新冠病毒感染中康复的动物血清(恢复期血清疗法,注1)能否有效治疗此病。在仓鼠感染后第1天或第2天为其注射从恢复期动物体内采集的血清发现,肺部等呼吸系统的病毒繁殖得到显著抑制(图5)。这表明,恢复期血清(或血浆)中含有的病毒抗体能有效治疗患者。

title

图5:恢复期血清对新冠病毒感染的效果
在仓鼠鼻腔内接种了新冠病毒。感染后第1天或第2天为其注射恢复期血清,感染后第4天检测了肺部的病毒量。对照组注射了从非感染动物体内采集的血清。恢复期血清注射组的肺部检测出的病毒量少于对照血清注射组。

综合以上研究结果发现,新冠病毒1)会在仓鼠的肺部等呼吸系统中大量繁殖;2)感染仓鼠的体重会减轻,对该动物显示出病原性;3)仓鼠的肺部也出现与COVID-19患者的肺部相同的病变;4)感染过一次该病毒的仓鼠对再次感染具有很强的抵抗力;5)即使已经感染,注射恢复期血清,也能抑制病毒在体内的繁殖。

以上结果表明,仓鼠可以作为COVID-19的感染模型动物使用。通过将啮齿类动物用作动物模型,对COVID-19的病理认识,以及相应治疗方法和预防方法都有望大幅取得进展。

论文信息
题目:Syrian hamsters as a small animal model for SARS-CoV-2 infection and countermeasure development
期刊:《Proc Natl Acad Sci USA》(6月22日网络版)

用语解说
注1)恢复期血清疗法:
在传染病患者的恢复期采集的血清中含有大量针对传染病病原体的抗体。为患者注射这种恢复期血清(或者血浆)的话,能抑制体内的病原体繁殖。目前正在验证为COVID-19患者注射恢复期血清(或者血浆)是否是有效的治疗方法。

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部

专题网页