撰文 | 唐小糖
動物模型是採用各種科學技術手段使動物罹患人類疾病，在實驗室再現人類疾病發生、發展和轉歸過程的研究工具。對闡明疾病的發病機制、傳播途徑以及宿主免疫反應具有重要作用，更是評估疫苗效力和藥物作用的基礎。因此，動物模型是連接實驗室基礎研究和醫院臨床試驗的橋樑。然而，目前研究者們似乎還未找到合適的SARS-CoV-2感染動物模型。
眾多動物模型當中最常見的是小鼠（Mice），人ACE2受體在與病毒結合的關鍵區域的29個氨基酸中，有11個氨基酸與小鼠ACE2不同，所以SARS-CoV-2很難感染小鼠，此前中國醫學科學院實驗動物研究所秦川團隊和愛荷華大學Stanley Perlman團隊曾建立人 ACE2（hACE2）轉基因小鼠作為SARS-CoV感染模型（SARS-CoV-2感染的恆河猴模型中，存在結膜感染途徑，康復後不會再次感染）【1,2】。
基於同樣的思路，2月18日， 秦川團隊通過科技部組織鑑定，率先建立了SARS-CoV-2感染的hACE2轉基因小鼠模型【3】，該研究經過兩次修改，於2月28日將第三版本的論文上傳至預印版《bioRxiv》【4】。結果雖然發現了hACE2轉基因小鼠在感染後出現了體重減輕和間質性肺炎的跡象，但症狀較為輕微，與人有很大不同。所以該模型仍需優化。
3月9日，《Nature》發表新聞，實驗室競相開展SARS-CoV-2的動物模型研究，曾為SARS-CoV研發的轉基因小鼠供不應求【5】。除此之外，Perlman、華盛頓大學Michael Diamond和北卡羅來納大學Ralph Baric等也在利用其他手段開發新的小鼠模型，如利用CRISPR 基因編輯技術，鑑定使小鼠更易感或更不易感的基因、採用免疫缺陷的小鼠模型幫助篩選小鼠適應株或使用其他病原體將人ACE2基因表達進小鼠體內。Perlman利用重組hACE2的腺病毒載體感染小鼠使小鼠肺細胞表達hACE2基因，然後再用SARS-CoV-2進行感染，發現小鼠體重減輕了20%，是秦川團隊的2倍多，並且還出現了翹毛症狀，但仍然沒有小鼠死亡，Perlman認為這只是個權宜之計，SARS-CoV-2感染更合適的小鼠模型，研究者目前仍在探索當中【6】。
人ACE2受體在與病毒結合的關鍵區域的29個氨基酸中，僅有4個氨基酸與倉鼠（Hamsters）ACE2不同。研究者曾在2005年發現倉鼠可以被SARS-CoV感染【7】，但由於症狀比較輕微，該模型沒有受到關注。本次COVID-19爆發期間，倉鼠作為SARS-CoV-2的模型前景似乎更加光明。
3月26日，香港大學袁國勇（Kwok-Yung Yuen）團隊在《Clinical Infectious Diseases》上發表文章，公佈了SARS-CoV-02感染的倉鼠模型數據【8】，發現倉鼠被SARS-CoV-2感染後，體重減輕、嗜睡、翹毛、駝背以及呼吸急促等症狀，另外在倉鼠的肺部和腸道發現了高水平的SARS-CoV-2，這些發現與人上下呼吸道感染的表型非常相似。
4月1日香港大學Hui-Ling Yen在《research square》是也上傳了相似的研究【9】，值得注意的是，他們還發現將感染SARS-CoV-2的倉鼠和未感染的倉鼠放在一起，未感染的倉鼠也會受到感染。作者認為是SARS-CoV-2的飛沫傳播導致的，但他們注意到倉鼠會吃糞便，所以也不能完全排除糞口傳播的可能性。倉鼠模型將有助於研究SARS-CoV-2的可能傳播途徑。
也有一部分研究者把目光轉向了大鼠（Rats），人ACE2受體在與病毒結合的關鍵區域的29個氨基酸中，有13個氨基酸與大鼠ACE2不同。在SARS-CoV和SARS-CoV-2的易感性方面，大鼠同樣不具有優勢【10】。但大鼠的體型較大，在很多需要重複取血的實驗當中具有較大優勢。MIRIMUS公司總裁
Prem Premsrirut正與其他研究組合作，利用CRISPR基因編輯技術建立hACE2的大鼠模型，用以評估不同劑量的疫苗對宿主產生的抗體反應，實際上，很多藥物試驗包括毒理學研究等也都是從大鼠身上開始研究的【6】。
在病毒感染模型中，雪貂 （Ferrets）是僅次於小鼠的常用實驗模型，包括流感病毒、呼吸道合胞病毒等多種呼吸道病毒感染雪貂後，均能有效進行復制並引起與人相似的症狀，被流感感染的雪貂甚至會像人一樣打噴嚏，並且很容易傳染給其他雪貂。這是因為雪貂的上下呼吸道解剖比例、支氣管壁粘膜下腺體的密度等都與人呼吸道狀況非常接近。此前的研究表明，SARS-CoV能夠有效感染雪貂，引起輕度症狀，並可以在雪貂之間進行傳染【11】，
3月30日中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所歩志高、陳化蘭團隊聯合中國疾控中心病毒預防控制所武桂珍團隊在《bioRxiv》上發表的研究表明SARS-CoV-2可以感染雪貂，並能在上呼吸道複製長達8天，感染後的雪貂體溫輕微升高，不會造成嚴重疾病或死亡【12】。該研究於4月8日《Science》在線（詳見BioArt報道：Science | 歩志高/陳化蘭/武桂珍合作團隊發現SARS-CoV-2可有效感染雪貂和貓，不易感染狗）【13】。
4月5日，韓國忠北大學Young Ki Choi團隊和美國南加州大學Jae Jung團隊等多個機構在《Cell Host & Microbe》發表的研究得到了相似的結論【14】。此外，他們進一步發現了雪貂可以經飛沫傳播。值得注意的是，SARS-CoV-2對老年人的影響更大。研究者在一種可以引起血小板減少的病毒感染雪貂模型中也觀察到了類似的現象【15】，年輕的雪貂被該病毒感染後沒有症狀，但在年老的雪貂被感染後死亡率達93%。基於此，Jung認為年老的雪貂被SARS-CoV-2感染可能會引起更嚴重的症狀，與人相似。或許可以作為可能的SARS-CoV-2模型。
在評估潛在藥物和疫苗時，最具有說服力的動物模型是猴子模型，猴子模型的缺點時昂貴並且難以操作，但在遺傳學上與人極其近的親緣關係往往使猴子試驗成為開展藥物和疫苗臨床試驗的最後一步。
COVID-19疫情爆發後，中科院武漢病毒所單超、袁志明、石正麗團隊於2月27日率先在預印版《research square》上發表了第一篇SARS-CoV-2感染的恆河猴模型研究【16】，發現恆河猴在感染SARS-CoV-2後，病情輕微，體重稍有減輕，但無發燒現象，肺部顯示與人相似的病理學症狀。
3月14日秦川團隊在預印版《bioRxiv》上的兩篇研究得到了相似的結論【17】【18】，並且進一步發現了SARS-CoV-2在恆河猴模型中存在結膜感染途徑，結膜感染可以引起較輕微的COVID-19症狀（該研究第二版本在3月30日重新上傳，點擊查看BioArt：SARS-CoV-2感染的恆河猴模型中，存在結膜感染途徑，康復後不會再次感染）。另一重要發現是經過SARS-CoV-2感染康復後的猴子近期不會再次感染，這一發現也為抗體保護提供了重要依據，即在自然感染或接種疫苗的免疫作用下，確實可以提供保護作用。
3月17日，荷蘭伊拉斯姆斯大學Bart L. Haagmans團隊對8只食蟹獼猴感染SARS-CoV-2後發現，四隻最老的猴子在鼻拭子和咽拭子中的病毒載量比幼猴更高。雖然所有的猴子症狀並不嚴重，但屍體解剖後發現四隻中的兩隻肺部明顯受損【19】。該結果與人的COVID-19輕症很相似。該模型可能比引起重症的模型更好，因為評估疫苗安全性上更容易發現問題。
3月21日，美國NIH過敏及傳染性疾病研究所Emmie de Wit團隊的研究同樣發現SARS-CoV-2在受感染的恆河猴中可以引起呼吸道疾病，且肺部CT顯示明顯的滲透特徵。在所有猴子的鼻拭子和咽拭子以及支氣管灌洗液中均能檢測到高水平的病毒載量【20】。
4月12日，，近日中國醫學科學院醫學生物學研究所、國家昆明高等級生物安全靈長類動物實驗中心彭小忠、劉紅旗 和魯帥堯帶領的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)動物模型建立攻關團隊和廣東省疾病預防控制中心柯昌文團隊合作，對比了SARS-CoV-2在3種非人靈長類的感染情況【21】。研究者感染了12只恆河猴，6只食蟹獼猴、和 6只狨。發現100%（12/12）恆河猴、33.3%（2/6）食蟹獼猴中觀察到體溫升高，但在6個狨體溫不變。所有恆河猴和食蟹獼猴顯示胸部放射異常。病毒基因組在所有猴子的鼻拭子、咽拭子、肛拭子和血液中均能檢測到。解剖屍體後，恆河猴和食蟹獼猴的肺、咽喉、支氣管和脾臟受到感染。在2個屍檢的狨的所有組織中沒有發現感染情況。這些數據均支持恆河猴和食蟹獼猴模型可以用來評估治療或預防COVID-19的疫苗和藥物（詳見BioArtReports的報道：中國科學家建立了SARS-CoV-2非人靈長類動物感染模型）。
目前，匹茲堡大學Douglas Reed和其他團隊合作，正在利用猴子模型研究SARS-CoV-2的氣溶膠傳播途徑；杜蘭國立靈長類研究中心Chad Roy認為患有嚴重COVID-19的人類通常患有潛在的疾病，如高血壓或糖尿病， 所以他期望找到或建立具有這些合併症的猴子模型，才能形成最有意義的模型。他對SARS-CoV-2感染的猴子模型充滿了希望；威斯康星大學麥迪遜分校的Dave O’Connor正在研究SARS-CoV-2感染的食蟹獼猴模型，他也對此很有信心，動物模型做了才知道，總會有特別的發現
【6】。原文鏈接：
https://www.sciencemag.org/news/2020/04/mice-hamsters-ferrets-monkeys-which-lab-animals-can-help-defeat-new-coronavirus
參考文獻
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