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可实验感染埃博拉病毒的动物

时间:2020-07-31 22:33来源:未知 作者:点击:
埃博拉病毒属于四级生物安全防护I类病原。鉴于其高致病性、不断加快的感染暴发频率、逐渐扩大的感染范围,科学界- - 直致力于埃博拉病毒的感染、致病机制、疫苗及抗病毒治疗的研究,而

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       埃博拉病毒属于四级生物安全防护I类病原。鉴于其高致病性、不断加快的感染暴发频率、逐渐扩大的感染范围,科学界- - 直致力于埃博拉病毒的感染、致病机制、疫苗及抗病毒治疗的研究,而这些都必须利用相应的实验动物模型进行评估。在过去30多年的研究中,已经被用作埃博拉病毒感染动物模型的有多种非人类灵长类动物(包括恒河猴、非洲绿猴、绒猴、食蟹猴、狒狒等)、小鼠(正常小鼠、免疫缺陷小鼠、基因敲除小鼠等)、豚鼠、金仓鼠等。以下阐述这些动物模型在埃博拉病毒病研究中的主要作用,比较分析各模型动物的优缺点,并简单介绍相关研究的最新进展。

      非人类灵长类动物模型
 
       非人类灵长类动物是埃博拉病毒感染的金标准模型动物,因为非人类灵长类动物是至今发现的惟一感染人类埃博拉病毒分离株(无需在动物中进行适应性传代)后致死的动物,而且非人类灵长类动物呈现的组织病理学表现、病程发展更接近人类,能够很好地模拟人类感染埃博拉病毒病理和病程,是进行相关研究的最优选择。但是,由于使用非人类灵长类动物的伦理问题、实际操作中的复杂性、对实验室装备的高要求(部分四级生物安全防护实验室不具备大型动物感染装备)、动物价格高等原因均限制非人类灵长类动物的使用。
       实验证实,非人类灵长类动物在感染扎伊尔型埃博拉病毒后3天即开始发热(体温超过40C),发热持续整个发病过程,直至5~8天后死亡。感染后第4天,动物即失去饮水能力,伴随严重的脱水和消瘦。感染后第5天,有些动物会出现腹泻和直肠出血等症状,皮肤出血斑也开始出现在动物前额、前后肢、前胸部位。皮肤出血斑在恒河猴多在感染4~5天后出现,在狒狒直到感染第7天才出现[40]。病毒血症最早在感染后的第2天可以检测到(2~3天时可达到峰值),第4天可以在感染动物的肝、脾、肺中检测到病毒,在肾、肾上腺、淋巴结、睾丸、胰腺等组织中也可检测到少量病毒。病毒在组织中的滴度会持续增加,到第6天时可达105-5~ 108.6个噬菌斑形成单位每克。扎伊尔型埃博拉病毒感染动物,血液的嗜中性粒细胞在感染后3天开始增多,同时由细胞凋亡导致淋巴细胞在血液和淋巴组织中开始急剧减少,淋巴细胞减少是埃博拉病毒病的关键发病机制,但是具体机制尚不清楚。另外,病毒感染导致的血小板减少是造成凝血功能障碍的重要原因。
       不同非人类灵长类动物物种在感染扎伊尔型埃博拉病毒时呈现的病理状态有所不同,如非洲绿猴感染扎伊尔型埃博拉病毒后,纤维蛋白血栓在所有内脏器官中均有出现;而狒狒感染扎伊尔型埃博拉病毒后,纤维蛋白血栓主要出现在肝脏和脾脏[40]。由于不同种的埃博拉病毒毒力不同,对非人类灵长类动物模型动物的致病性也有区别。恒河猴感染扎伊尔型埃博拉病毒后普遍会出现皮肤出血斑,且病死率高;而恒河猴感染苏丹型埃博拉病毒后,有些个体没有出血斑现象,偶尔有感染苏丹型埃博拉病毒的恒河猴幸存[41]。猴子感染毒力更低的莱斯顿型埃博拉病毒后,也会出现发热、病毒血症等,但是相对于扎伊尔型埃博拉病毒和苏丹型埃博拉病毒感染,其病程发展更慢,感染动物的存活概率也更大。
 
       小鼠模型
       不同于非人类灵长类动物模型动物,正常小鼠(非免疫缺陷或基因敲除)对野生型埃博拉病毒的感染不敏感,一般不呈现临床症状,不致死。但是出生4天之内的乳鼠经皮下或腹腔内接种扎伊尔型埃博拉病毒后会死亡,用这种方式将扎伊尔型埃博拉病毒反复传代后获得的小鼠适应株扎伊尔型埃博拉病毒(mouse adapted EBOV, MA EBOV)可以致死正常小鼠([4]。野生型扎伊尔型埃博拉病毒感染对免疫缺陷小鼠模型(severecombined immunodeficient)是致死性的,这些小鼠丧失了B细胞和T细胞免疫应答能力。但是与非人类灵长类动物模型不同的是,免疫缺陷小鼠在感染扎伊尔型埃博拉病毒后的数周内不发病,然后逐渐出现症状,一般在20~ 25天内死亡(43。目前,也有一些基因敲除小鼠模型,如信号传导转录激活因子基因敲除小鼠、a/β干扰素受体基因敲除小鼠等,多种埃博拉病毒可致其死亡。
       虽然小鼠模型与人或非人类灵长类动物感染埃博拉病毒呈现的病理反应不完全一致,但小鼠模型具有 价格便宜、操作方便 、对实验条件要求较低、方便进行大规模实验等优势,因此仍是埃博拉病毒病基础研究如病毒体内复制、发病机制、免疫反应等不可替代的材料。另外,在疫苗、抗病毒药物、感染治疗方面,小鼠模型也适用于大规模样品的初步筛选和评价。

       豚鼠模型
       野生埃博拉病毒对豚鼠是非致死性的,豚鼠仅表现出短暂的发热症状,埃博拉病毒需要在豚鼠中反复传代才能获得致死性适应株[如Guineapig(GP)适应的扎伊尔型埃博拉病毒]44]。GP适应的扎伊尔型埃博拉病毒感染的豚鼠一般在感染后的第5天出现临床症状,表现为发热、食欲减退、脱水、体质量减轻等,但是不出现出血症状,在感染后的8~11天内死亡。豚鼠的肝和脾是GP适应的扎伊尔型埃博拉病毒最早感染的靶组织,在感染2天后即可检测到病毒,随后逐渐扩散到肾上腺和肺部,感染后第9天病毒滴度可达峰值,约105 个噬菌斑形成单位每克。感染的豚鼠同样会出现病毒血症,一般第2天可在血液中检测到病毒,第7天血液中病毒滴度达到峰值(超过10个噬菌斑形成单位每毫升)。
  总体而言,豚鼠模型可以用于埃博拉病毒等丝状病毒的感染,用来研究感染机制、免疫反应、炎症反应等,但是目前由于缺少相应的试剂和工具,如各种相应抗体、基因敲除豚鼠、转基因豚鼠等,限制了豚鼠模型在埃博拉病毒感染研究中的使用。但作为比较参考,目前有些埃博拉病毒疫苗、抗病毒药物的测试会在小鼠、豚鼠模型上平行进行。同时,由于豚鼠个体较大,在需要反复给药的、长期的抗埃博拉病毒药物动力学研究中有很大优势。
 
       金仓鼠模型
       金仓鼠作为人类疾病模型应用非常广泛,但是作为埃博拉病毒的感染模型直到最近才有报道[45]。与小鼠相似,野生型扎伊尔型埃博拉病毒毒株对金仓鼠不致死,而MA-EBOV对金仓鼠同样致死,腹腔接种MA-EBOV的金仓鼠在3天后出现临床症状,表现为皮肤皱缩、活动减退等,4~5天后濒临死亡[45]。MA EBOV感染金仓鼠的靶组织为肝、脾、肠系膜淋巴结、肾上腺,而感染后金仓鼠同样会出现病毒血症,在感染第4天血液中病毒滴度达到顶峰,可达108个噬菌斑形成单位每毫升。另外,金仓鼠感染MA-EBOV后,同样会导致其淋巴细胞减少和凋亡,也会出现严重的凝血功能紊乱(凝血时间延长、组织出血等),这些症状与人和非人类灵长类动物感染扎伊尔型埃博拉病毒的症状极为相似。虽然目前金仓鼠模型在埃博拉病毒病研究中使用较少,但是鉴于其感染后出现的各种类似灵长类动物的临床症状、组织病理学变化,有可能成为比小鼠更为优越的埃博拉病毒病模型。金仓鼠在今后的疫苗、治疗药物研发过程中可能会替代小鼠,成为首选模型。
(责任编辑:峰)
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