苗晉鑫，張振強

病毒感染性疾病仍然是全球公共衛(wèi)生威脅之一。在過去的幾十年中，高致病性病毒感染性疾病有嚴重急性呼吸綜合征、漢坦病毒肺綜合征、西尼羅河神經(jīng)綜合征、埃博拉出血熱等。這些病毒感染性疾病的發(fā)病率和死亡率很高，嚴重威脅人類生命和健康。病毒感染性疾病的防治需要更好地了解病毒的發(fā)病機理和傳播機制，需要能準確重現(xiàn)病毒感染性疾病的動物模型。目前，研究病毒感染性疾病的非人靈長類動物模型數(shù)量少、價格貴，而且小鼠模型存在模擬疾病不足等缺陷。因此，急需開發(fā)一種更為理想的病毒學研究動物模型。因為與人類在疾病癥狀、病原學和免疫反應(yīng)方面相似性更高，敘利亞倉鼠(Syrian hamster)已被用于多種病毒感染性疾病的動物模型。

敘利亞倉鼠又稱金黃倉鼠(Mesocricetusauratus)是一種小型嚙齒類哺乳動物，廣泛分布于東南歐和小亞細亞的干旱溫帶地區(qū)[1]。敘利亞倉鼠在解剖學、生理學和免疫學等生物學特征與人類相似。而且，敘利亞倉鼠具有繁殖周期短、操作簡單、飼養(yǎng)成本低和可感染多種人類病毒等顯著優(yōu)勢。因此，敘利亞倉鼠與其它實驗小動物相比是理想的病毒感染性疾病動物模型。本文從生理學和免疫學等生物學特征闡明敘利亞倉鼠應(yīng)用于多種新興的人類高致病性病毒感染性疾病動物模型的優(yōu)點，為敘利亞倉鼠的應(yīng)用和病毒感染性疾病的研究提供科學依據(jù)。

1 敘利亞倉鼠生物學的優(yōu)勢

1.1生理學 敘利亞倉鼠通常長到14～19 cm，成年體重在110～140 g，隨著年齡變大體重可達200 g。敘利亞倉鼠妊娠期平均16 d，哺乳期為21～28 d，離乳后2周性成熟；其生育期從6～8周起可延續(xù)到14個月齡，每年可產(chǎn)7～8胎，窩產(chǎn)6～12只[2-3]。因此，敘利亞倉鼠體型適中，繁殖速度快且窩仔多的生理學特征表明其易操作和易獲得。

1.2免疫學 已經(jīng)在敘利亞倉鼠中鑒定出T淋巴細胞CD3分子。CD3表達于T細胞表面，其功能是轉(zhuǎn)導T細胞抗原受體(T cell receptor, TCR)識別抗原所產(chǎn)生的活化信號。Tysome等[4]對敘利亞倉鼠CD3編碼序列克隆，并制備CD3(4F11)刪除抗體用于實驗研究。敘利亞倉鼠CD3抗原結(jié)構(gòu)與人類CD3抗原有相似之處。CD4是協(xié)助T細胞受體與抗原呈遞細胞通訊的輔助受體，在抗病毒免疫中發(fā)揮重要作用。Rees等[5]利用人類等特異的mAb標記篩選鑒定敘利亞倉鼠白細胞分化分子上的表位mAb，發(fā)現(xiàn)HAL36A抗體與市售小鼠單抗GK1.5可同時識別敘利亞倉鼠CD4上表達的保守表位，此序列在敘利亞倉鼠與人和小鼠之間高度保守。

細胞因子(cytokine, CK)是由多種細胞產(chǎn)生介導機體免疫和炎癥反應(yīng)的一類多肽分子，包括白細胞介素(IL)、集落刺激因子(CSF)、干擾素(IFN)、腫瘤壞死因子(TNF)、轉(zhuǎn)化生長因子家族-β (TGF-β family)、生長因子(GF)、趨化因子家族(CKF)等。Melby等[6]克隆并比較了敘利亞倉鼠IFN-γ、IL-2、IL-12p40、TNF-α 、TGF-β等與小鼠、大鼠和人的相似性。研究發(fā)現(xiàn)，這些細胞因子氨基酸序列與人同源性較高。與小鼠和大鼠IFN-γ蛋白序列相比，敘利亞倉鼠和人在IFN-γ蛋白C末端分別多17和9個氨基酸(aa)[6]。研究證明，從人IFN-γ蛋白的C末端刪除9個氨基酸(138-146 aa)，特異性抗病毒活性提高7倍[7]。敘利亞倉鼠白介素-2(IL-2)保守序列具有生物活性所需的天冬氨酸殘基(在人序列的第20位)[6]。敘利亞倉鼠IL-12p40氨基酸序列有5個半胱氨酸殘基和3個潛在的N-糖基化位點，這與人和小鼠的序列一致[6]。同時，倉鼠IL-12p40序列包含3-aa序列，這個序列存在于人類基因，但不存在于小鼠和大鼠[6]。白介素-12(IL-12)在調(diào)節(jié)T細胞體內(nèi)平衡、抑制病毒復(fù)制和從宿主細胞清除病毒等方面發(fā)揮重要作用[8]。Wang等[9]發(fā)現(xiàn)人類IL-12在敘利亞倉鼠模型中具有生物活性，但是在小鼠模型中沒有生物活性。另外，還有許多人類細胞因子包括IL-2和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)在敘利亞倉鼠中具有生物活性[10-11]。巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)是促炎性細胞因子，其從單核細胞/巨噬細胞的細胞內(nèi)釋放，影響各種病理刺激，包括炎癥和病毒感染[12]。Suresh等[13]預(yù)測并驗證重組倉鼠MIF(rha-MIF)的主要序列、生化特性和晶體結(jié)構(gòu)與人類MIF的相似性更高。敘利亞倉鼠與人類在免疫細胞和細胞因子的序列、結(jié)構(gòu)和生物功能方面相似，為敘利亞倉鼠作為病毒感染性疾病的動物模型提供理論依據(jù)。

2 敘利亞倉鼠在人類病毒感染性疾病中的應(yīng)用

2.1冠狀病毒 目前已知有7種冠狀病毒能夠?qū)е氯祟惡粑到y(tǒng)疾病，其中嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV)、中東呼吸綜合征冠狀病毒(middle east respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV)、嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)具有傳染性，可導致大規(guī)模的流行和高死亡率。因此，急需對這3種高致病性傳染性冠狀病毒建立有效的冠狀病毒感染動物模型，對病毒發(fā)病機制及藥物研發(fā)具有重大意義。

2.1.1SARS-CoV-2 2019年12月暴發(fā)的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)疫情已經(jīng)蔓延全球，確診和死亡病例在不斷增加。截止2020年10月31日，全球疫情還在繼續(xù)。SARS-CoV-2感染動物模型是研究2019冠狀病毒病(coronavirus disease 2019, COVID-19)發(fā)病機制、傳播途徑及宿主免疫反應(yīng)的重要工具，更是評估疫苗效力和藥物作用的基礎(chǔ)。多項研究發(fā)現(xiàn)恒河猴感染SARS-CoV-2后癥狀較人類輕，無發(fā)燒、嚴重炎癥和其他器官損傷的現(xiàn)象[14-15]。野生小鼠不支持SARS-CoV-2的感染，hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠感染后表現(xiàn)較輕癥狀，與人有很大不同[16]。年輕的雪貂被SARS-CoV-2感染后沒有出現(xiàn)與人類相似的癥狀，更沒有出現(xiàn)嚴重疾病或死亡[17]。因此，研究人員試圖建立敘利亞倉鼠感染模型。Chan等[18]用SARS-CoV-2感染敘利亞倉鼠，被感染的動物出現(xiàn)與人相似的臨床特征，如體重減輕、嗜睡、腸粘膜炎癥以及呼吸急促等癥狀，同時在呼吸道、肺、腸道等檢測到了病毒及出現(xiàn)間質(zhì)性肺炎的病理特征。另一研究小組將敘利亞倉鼠用于SARS-CoV-2可能傳播途徑的研究[19]。與非人靈長類動物和hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠不同，敘利亞倉鼠模型表現(xiàn)出更多的臨床癥狀(表1)。

表1 SARS-CoV-2動物模型Tab.1 SARS-CoV-2 animal model

2.1.2SARS-CoV 非洲綠猴對SARS-CoV易感，并支持病毒復(fù)制，感染后動物出現(xiàn)間質(zhì)性肺炎的病理特征。然而，被SARS-CoV感染的非洲綠猴癥狀較輕，不能重現(xiàn)重癥臨床表現(xiàn)和未觀察到死亡，且數(shù)量少、成本高，這些都制約了其模型的應(yīng)用[20]。hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠模型是將人ACE2基因轉(zhuǎn)入到小鼠受精卵細胞使小鼠體內(nèi)表達高水平的人ACE2。但是感染SARS-CoV后，該小鼠模型腦組織中檢測到病毒或病毒抗原，并且由于病毒在腦中廣泛傳播而導致小鼠死亡，不符合人類臨床癥狀[21-22]。感染SARS-CoV的雪貂研究報告數(shù)據(jù)沖突，一組觀察到少量的臨床疾病[23]，而另一組則沒有[24]，雪貂模型有待進一步表征以解決這些不一致的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)敘利亞倉鼠可被SARS-CoV感染[25]。敘利亞倉鼠在SARS-CoV感染后呼吸道產(chǎn)生高病毒滴度，病毒復(fù)制發(fā)生在呼吸道的上皮細胞中，并引起間質(zhì)性肺炎、肺部固結(jié)和彌漫性肺泡損傷；在倉鼠感染后第7 d血清中檢測到強大的中和抗體反應(yīng)，并且保護倉鼠免受初次感染后28 d的再次攻擊[25]。免疫抑制的敘利亞倉鼠感染SARS-CoV后，感染該病毒的倉鼠除了表現(xiàn)出與人相似的肺和外器官損害(如脾萎縮、急性腎小管壞死、神經(jīng)元水腫與變性、心臟水腫與心肌纖維萎縮)，倉鼠還表現(xiàn)出體重減輕和死亡[26]。以上研究證實敘利亞倉鼠對SARS-CoV感染表現(xiàn)出客觀的臨床體征伴隨著呼吸道高病毒滴度和肺組織病理學改變，適合進行免疫預(yù)防和治療研究。SARS-CoV感染動物模型的比較見表2。

表2 常用 SARS-CoV動物模型Tab.2 Commonly used animal model of SARS-CoV infection

2.2漢坦病毒 漢坦病毒肺綜合征(hantavirus pulmonary syndrome, HPS)是一種與漢坦病毒有關(guān)的罕見且致命的病毒感染性疾病，常見漢坦病毒有安第斯病毒(Andes virus, ANDV)和辛諾柏病毒(Sin Nombre virus, SNV)[28]。臨床特征是發(fā)燒、嚴重呼吸窘迫和突發(fā)心源性休克，多達50%的病例可能致命。Safronetz等[29]開發(fā)了一種類似HPS的恒河猴模型。目前，敘利亞倉鼠模型是唯一類似于人HPS的小動物模型。倉鼠感染ANDV后，會發(fā)展出類似人的HPS的疾病，包括突然和快速的嚴重呼吸窘迫[30]。敘利亞倉鼠與人的漢坦病毒受體比較相似，且受體具有相似的功能[31]。研究發(fā)現(xiàn)利巴韋林(Ribavirin)保護鼻內(nèi)暴露于ANDV的敘利亞倉鼠免于發(fā)生致命的漢坦病毒肺綜合癥[32]。以上說明，ANDV感染敘利亞倉鼠模型是研究HPS發(fā)病機制、評價預(yù)防和治療HPS的良好動物模型。

2.3副粘病毒 副粘病毒科亨尼帕病毒屬包含兩種致死性病毒，即尼帕病毒(Nipah virus, NiV)和亨德拉病毒(Hendra virus, HeV)。研究發(fā)現(xiàn)這兩種病毒是人獸共患病毒，可通過豬(NiV)和馬(HeV)等中間宿主向人類傳播，臨床上人類感染NiV或HeV通常會導致嚴重的腦病和呼吸道疾病。目前用雪貂和貓等動物來研究NiV感染的致病性。雪貂和貓分別感染后未檢測到腦炎，但部分動物中發(fā)生了非化膿性腦膜炎，某些動物檢測到的腦炎與人類的不相同[33-34]。IFNAR基因敲除小鼠對HeV感染敏感，但由于缺少IFN-1信號傳導，在免疫應(yīng)答方面與人類不同[35]。研究發(fā)現(xiàn)感染NiV或HeV的敘利亞倉鼠與人類感染后癥狀相似，組織病理學發(fā)現(xiàn)全身性血管炎，其中以腦部病變最嚴重，之后發(fā)展為特征性神經(jīng)系統(tǒng)疾病[36]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，鼻內(nèi)感染NiV的敘利亞倉鼠的肺部出現(xiàn)支氣管間質(zhì)性肺炎，疾病在最后階段因肺部感染出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和呼吸困難[37]。同時，敘利亞倉鼠被NiV或HeV感染可用于病毒傳播的研究[38]。目前尚無批準用于人類抗NiV或HeV的疫苗或治療方法。敘利亞倉鼠模型對疫苗開發(fā)至關(guān)重要，該動物模型已成功用于評價抗體F mAb的功效，進一步驗證敘利亞倉鼠作為動物模型的有效性[36]。

2.4西尼羅河病毒 西尼羅河病毒(west nile virus, WNV)屬于黃病毒科，是一種新興的人獸共患蟲媒病毒，廣泛分布于世界各地。人類感染W(wǎng)NV后，有20%的感染者發(fā)展為有癥狀的西尼羅河熱(WNF)，可導致嚴重的腦炎，嚴重威脅全球人類生命健康[39]。對于感染西尼羅河病毒的動物模型，已有報道小鼠的研究，不同品系的小鼠在WNV感染中癥狀和疾病嚴重程度不同[40]。在敘利亞倉鼠模型中研究最多的病毒是WNV。WNV感染是通過節(jié)肢動物(蚊子)叮咬傳播人類。與人類感染方式一樣，敘利亞倉鼠被蚊子叮咬后，感染W(wǎng)NV的倉鼠會發(fā)生病毒血癥和神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，其癥狀與人類感染時相似[41]。Mateo等[42]建立了一種免疫抑制的敘利亞倉鼠模型，WNV感染該倉鼠模型表現(xiàn)出與免疫力低下患者感染W(wǎng)NV相似的臨床體征。Widman等[43]使用敘利亞倉鼠模型，成功證明了單周期黃病毒疫苗平臺RepliVAX WN能夠誘導針對WNV攻擊的持久保護性免疫。以上結(jié)果說明，敘利亞倉鼠為研究西尼羅病毒感染動物實驗?zāi)Ｐ吞峁┝己米糇C。

2.5其他病毒 此外，敘利亞倉鼠應(yīng)用于黃熱病毒(yellow fever virus, YFV)、埃博拉病毒(ebola virus, EBOV)、馬爾堡病毒(marburg virus, MARV)和寨卡病毒(zika virus, ZIKV)等70多種不同病毒的研究[44]，部分病毒見表3。黃熱病是由YFV引起的急性傳染病，主要流行于撒哈拉以南的非洲和南美地區(qū)，具有較高的發(fā)病率和死亡率[45]。敘利亞倉鼠感染YFV導致的免疫反應(yīng)與受感染的人類一致，脾臟、腎臟和心臟中的IFN-γ、TNF-α、IL-2水平升高，但它們在肝臟中表達水平降低；在感染的早期和中期，肝臟、脾臟和心臟中IL-10表達水平升高，但TGF-β表達水平卻降低[46]。EBOV和MARV都是絲狀病毒，有典型的出血熱特征。馬爾堡病毒的致死率大概在30%，而埃博拉病毒致死率更高，尤其是扎伊爾型埃博拉病毒(MA-ZEBOV)致死率高于90%。敘利亞倉鼠通過腹膜內(nèi)注射MA-ZEBOV表現(xiàn)出與人相似的病理特征，包括嚴重肝脾損害、細胞因子失調(diào)、嚴重凝血障礙、淋巴細胞凋亡以及受感染的器官壞死或凋亡[47]。此外，ZIKV成功感染STAT2 基因敲除敘利亞倉鼠，感染的倉鼠表現(xiàn)出與人類相似的癥狀[48]。

表3 病毒感染敘利亞倉鼠模型Tab.3 Viral infections in Syrian hamster model

3 小結(jié)與展望

綜上所述，敘利亞倉鼠在生理學與免疫學等生物學特性上與人類有著相似性，同時能夠感染多種與人類疾病相關(guān)的病毒，且呈現(xiàn)出與人類感染病毒相似的疾病病程、病原學和免疫反應(yīng)，是一種用于病毒學研究的理想動物模型。然而，雖然開發(fā)了敘利亞倉鼠特異性的實時熒光定量PCR(RT-qPCR)、轉(zhuǎn)錄組分析和微陣列等檢測方法，但是仍然缺乏特異性免疫試劑。因此，敘利亞倉鼠模型的缺陷問題急需解決。最近對敘利亞倉鼠全基因組的解析和CRISPR / Cas9技術(shù)的出現(xiàn)加快了轉(zhuǎn)基因敘利亞倉鼠疾病模型的開發(fā)，使基因敲除的敘利亞倉鼠用于病毒感染性疾病的研究，擴大其對病毒研究范圍[49-50]。此外，人類腺病毒可以在敘利亞倉鼠中復(fù)制，其有望成為以腺病毒為載體的基因治療藥物的動物評價模型。敘利亞倉鼠模型在感染性疾病的病因、發(fā)病機制研究以及藥物治療評估等方面發(fā)揮更大作用。

利益沖突：無