《自然》刊发港大研究:金仓鼠实验提示新冠可气溶胶传播

自疫情爆发以来,新型冠状病毒能否通过气溶胶传播一直是学术界关注的焦点之一。国际顶级杂志《自然》最近发表了一项由香港大学团队进行的研究,该研究表明,新的冠状病毒可以通过金黄地鼠动物模型实验中的气溶胶传播。

该论文于当地时间5月14日以“加速文章预览”的形式在网上发表,标题为“金仓鼠中的非典-CoV-2的发病机制和传播”。该论文的通信作者是香港大学李嘉诚医学院的颜惠玲,作者还包括香港大学公共卫生学院的潘烈文教授。

新冠状病毒出现后,研究人员迫切需要合适的小动物模型来支持疫苗和治疗方法的研究和开发。研究人员报道了传染性非典型肺炎-CoV-2在金黄地鼠(金黄叙利亚地鼠)中的发病机制和传染性。免疫组织化学显示,接种病毒后2天和5天,金黄地鼠鼻粘膜、支气管上皮细胞和肺实变区均有病毒抗原。接种病毒7天后,病毒迅速被清除,肺细胞增殖。在金黄地鼠的十二指肠上皮细胞中也发现了病毒抗原,并在粪便中检测到了病毒核糖核酸。

值得注意的是,动物模型试验已经证明,新的冠状病毒可以通过直接接触和气溶胶从被感染的金黄地鼠有效地传播给未感染的金黄地鼠。仓鼠笼通过物质介质的传输效率低。尽管在连续14天接种仓鼠的鼻洗液中检测到病毒核糖核酸,但新冠状病毒的传播时间很短。接种和自然感染的仓鼠显示出显著的体重减轻,并且所有的金黄仓鼠在恢复后都能检测到中和抗体。这一结果表明金黄地鼠的新冠状病毒感染特征与人类轻度感染相似??特征。

文章指出,一个合适的动物模型对于了解新型冠状肺炎的发病机制、评价疫苗和候选治疗药物至关重要。以往对传染性非典型肺炎冠状病毒的动物研究表明,病毒的刺突蛋白(S蛋白)和宿主的血管紧张素转换酶2(ACE2)受体之间的相互作用,以及受感染受试者的年龄和先天免疫状态在发病机制中起重要作用。与传染性非典型肺炎冠状病毒一样,传染性非典型肺炎冠状病毒2型的S蛋白也利用血管紧张素转换酶2受体(主要分布于肺和小肠的上皮细胞)进入细胞进行病毒复制。SARS-CoV-2与人血管紧张素转换酶2结合良好,但与小鼠血管紧张素转换酶2的结合有限,这限制了近交系小鼠在病毒研究中的应用。恒河猴和表达人血管紧张素转换酶2受体的转基因ICR小鼠已被证明对严重急性呼吸综合征冠状病毒2型易感。然而,这些动物模型并不容易获得。被SARS-CoV-2攻击的食蟹猴和恒河猴分别表现出有限和中度的临床症状。感染的转基因小鼠表现为中度肺炎,非呼吸组织无明显组织学变化。据报道,尽管先前生产的表达人血管紧张素转换酶2受体的转基因小鼠支持呼吸道上皮细胞中的非典病毒复制,但由于转基因小鼠脑中血管紧张素转换酶2的高表达,小鼠的死亡率也增加了神经系统病理变化的相关变量。

金黄地鼠是一种广泛使用的实验动物模型。先前的研究表明,传染性非典型肺炎冠状病毒可以在体内复制,但多发性硬化冠状病毒不能。这是因为MERS-CoV使用DPP4蛋白作为病毒进入细胞的主要受体,而不是ACE2。此前,对5周龄金黄地鼠的SARS-CoV(Urbani株)的接种研究表明,该病毒在体内具有很强的复制能力,接种2天后可在肺部检测到病毒滴度的峰值。金黄地鼠可以在接种后7天内迅速清除病毒。然而,接种了病毒的金黄地鼠没有体重减轻或明显的疾病状态。一份后续研究报告称,在金黄地鼠身上测试了不同的传染性非典型肺炎冠状病毒株,并发现了传染性非典型肺炎冠状病毒株之间的毒性差异。据报道,传染性非典型肺炎冠状病毒(Frk-1株)对仓鼠是致命的。Frk-1株与非致死性Urbani株的区别在于L1148F在S2域的突变。仓鼠也可能被其他呼吸道病毒感染,包括人偏肺病毒、人副流感病毒和甲型流感病毒,并且可能支持通过接触或空气传播流感。人、恒河猴、小鼠和仓鼠的血管紧张素转换酶2蛋白的比较表明,仓鼠血管紧张素转换酶2可能比鼠血管紧张素转换酶2更有效地与非典型肺炎冠状病毒2型的S蛋白相互作用。在这里,研究小组评估了4-5周龄雄性金黄地鼠的传染性非典型肺炎-CoV-2的发病机制和接触传播能力。

建议进行气溶胶传播的动物模型实验

为了研究萨斯-CoV-2在仓鼠体内通过气溶胶的传播能力,研究人员将供体仓鼠(接种了新的冠状病毒)和幼仓鼠(健康的仓鼠)分别放在两个相邻的笼子里,并在供体仓鼠接种了病毒后的第一天将两个笼子放在一起8小时。

供体仓鼠鼻腔洗液中的传染性病毒可以解毒6天,而病毒的核糖核酸可以连续检测14天,也就是说,被感染的仓鼠在后期没有传染性。

在病毒接种后2天、4天和6天,可以在供体粪便样品中检测到病毒核糖核酸,但它不是传染性病毒。

研究人员发现,新冠状病毒在仓鼠中的气溶胶传播是有效的,因为在接触后1天,在所有接触的仓鼠鼻腔洗液中检测到了传染性病毒,并且病毒载量在接触后3天达到峰值。

尽管尚未分离出传染性病毒,但在连续14天的14天中,可从受感染气溶胶接触者的粪便样本中检测到病毒核糖核酸。

暴露于气溶胶中的仓鼠在暴露后7天表现出最大的体重减轻(平均标准差为-7.72±5.42%,N = 3)。与供体仓鼠相比,气溶胶接触仓鼠在鼻洗液中分泌出大量的病毒。

为了评估新冠状病毒在仓鼠中的其他传播能力,研究人员用8×10-4倍TCID50病毒鼻内接种3只供体仓鼠。接种后24小时,每个供体被转移到一个新的笼子里,与一只小仓鼠一起饲养。研究人员每天监测体重变化和临床症状,并在14天内每隔一天收集供体仓鼠和接触仓鼠的鼻洗液。在供体仓鼠中,虽然连续14天可以检测到病毒核糖核酸,但感染病毒的高峰期出现在接种后的早期,然后迅速下降。

接种SARS-CoV-2后第6天,仓鼠的平均体重下降幅度最大(平均标准差为-11.97±4.51%,N = 6)。

从捐赠者到联系人的传播非常有效。在接触后一天,可在同居仓鼠中检测到非典-CoV-2,在接触后三天,在同居仓鼠鼻洗液中检测到峰值病毒载量。

同居仓鼠在接触后6天表现出最大的平均体重减轻(平均标准差为-10.68±3.42%,N = 3),并且所有动物在接触后11天恢复其原始体重。

使用PRNT分析,在接种后14天(所有滴度为1: 640)和与同窝仓鼠接触后13天(滴度为1: 160、1: 320和1: 160)检测到来自供体的中和抗体。研究人员连续14天从供体仓鼠鼻腔洗液中检测到病毒核糖核酸,但传染性病毒的滴度迅速下降。研究人员重复了这个实验,并在接种后6天使用供体仓鼠与未接种的仓鼠生活在一起。在接触后3天,在共同居住的未成熟仓鼠的鼻洗液中可以检测到少量的病毒核糖核酸,并且在接触后7天,在鼻洗液中没有检测到病毒核糖核酸。此外,在鼻洗液中没有检测到传染性病毒。

同居仓鼠没有表现出体重减轻。

PRNT分析未检测到中和抗体(

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