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1947年,寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)首次分離于烏干達(dá)寨卡森林中的獼猴體內(nèi),隸屬黃病毒科黃病毒屬。1952年尼日利亞出現(xiàn)首例人感染寨卡病毒的報(bào)道[1-2]。2007年以前的寨卡病毒感染具有散發(fā)與自限性,發(fā)病通常局限于少數(shù)亞非國(guó)家,同其它黃病毒如登革病毒等相似,多數(shù)感染呈一過性,僅少數(shù)ZIKV患者會(huì)伴發(fā)發(fā)熱、頭疼、皮疹、關(guān)節(jié)疼痛與結(jié)膜炎等輕微臨診癥狀[2]。2007年西太平洋密克羅尼西亞聯(lián)邦Yap島暴發(fā)寨卡疫情,其中49人確診,59人疑似感染[3]。2015年寨卡病毒“登陸”南美洲,其中巴西疫情最為嚴(yán)重,有數(shù)百萬人感染寨卡病毒,并出現(xiàn)死亡病例[4]。2016年2月,我國(guó)確診第一例寨卡病毒輸入性感染病例,同期日本與韓國(guó)等地也先后報(bào)道寨卡感染病例,至此寨卡疫情全球滲透[5]。隨著寨卡疫情的蔓延與寨卡病毒研究的深入,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)近年來暴發(fā)的強(qiáng)致病性ZIKV分離株可損傷人類中樞神經(jīng)系統(tǒng),誘發(fā)新生兒小頭癥、重癥腦部發(fā)育缺陷、腦膜腦炎、急性脊髓炎、免疫系統(tǒng)相關(guān)的吉蘭巴雷綜合征以及先天性寨卡感染綜合征(Congenital Zika syndrome, CZS)等[6-7]。2015年7月至2016年12月,僅巴西就有2000余例新生嬰兒感染寨卡病毒導(dǎo)致小頭畸形癥[7-8]。ZIKV感染引起的不同以往的腦組織損傷癥狀引發(fā)全球高度關(guān)注,2016年2月1日世界衛(wèi)生組織宣布寨卡疫情為全球緊急公共衛(wèi)生事件[9]。
寨卡病毒屬于蟲媒病毒,其主要的傳播媒介是埃及伊蚊與白紋伊蚊。攜帶寨卡病毒的伊蚊叮咬人類后促成寨卡病毒的傳播,該傳播途徑與伊蚊的季節(jié)性及區(qū)域性分布密切有關(guān)[1]。不同與其它黃病毒的是已有大量研究發(fā)現(xiàn)ZIKV還可以通過血液-胎盤、淚液、性和母嬰等非蚊媒載體途徑進(jìn)行傳播,這使得防控寨卡病毒傳染的難度更大[10]。目前全球尚無安全有效防治寨卡病毒感染的疫苗和特異性抗ZIKV藥物。ZIKV病原流行病學(xué)監(jiān)測(cè)、媒介控制以及對(duì)患者與易感人員的有效隔離仍然是目前最主要的預(yù)防措施。寨卡病毒為單股正鏈RNA病毒,基因組長(zhǎng)度約為11 kb,病毒顆粒呈球形,有包膜。現(xiàn)有的寨卡病毒至少可分為2個(gè)主要的遺傳譜系:非洲譜系和亞洲譜系。ZIKV基因組僅有1個(gè)開放閱讀框(ORF),ORF兩側(cè)的5′UTR與3′UTR內(nèi)高度保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)Σ《净蚪M的翻譯與復(fù)制起輔助作用。該閱讀框編碼一個(gè)多聚體蛋白,加工成熟后可形成3個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白(衣殼蛋白C、前體膜蛋白prM與囊膜蛋白E)和7個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白(NS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A, NS4B, NS5)。各個(gè)蛋白在病毒的吸附、入侵、翻譯、復(fù)制與組裝等感染過程中扮演重要作用[2,10]。
良好的動(dòng)物模型是研究寨卡病毒感染傳播機(jī)制、篩選抗病毒藥物與評(píng)估候選疫苗效力的重要一環(huán),也是寨卡病毒感染生物學(xué)研究的熱門領(lǐng)域之一[8]。國(guó)內(nèi)外目前已報(bào)道的各種ZIKV動(dòng)物感染模型包括野生小鼠、免疫缺陷小鼠、豚鼠、雞胚與獼猴模型。
小鼠因其具有體型小,易于飼喂,實(shí)驗(yàn)管理?xiàng)l件易于控制,操作相對(duì)簡(jiǎn)便等特點(diǎn),一直是多種疾病理想的常見實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。ZIKV動(dòng)物感染模型中以小鼠研究最多[8]。烏干達(dá)分離的第一株ZIKV(MR 766),已于小鼠腦內(nèi)連續(xù)傳代100余次,較大劑量腦內(nèi)接種該毒株可引起哺乳期小鼠神經(jīng)系統(tǒng)疾病,但外周途徑接種時(shí)并不會(huì)引起成年野生近交或遠(yuǎn)交小鼠發(fā)病。反復(fù)傳代蓄積的病毒多位點(diǎn)變異引起的毒株對(duì)宿主細(xì)胞嗜性的改變,可能直接導(dǎo)致了MR766毒株致病性的降低[8]。因此,學(xué)界認(rèn)為以近年來ZIKV流行區(qū)域分離的寨卡病毒流行株進(jìn)行小鼠感染模型再評(píng)估將更有意義[1, 8]。目前小鼠感染模型主要包括以下幾類:
1.1新生幼鼠感染模型 由于非洲型或亞洲型ZIKV臨床分離株外周途徑接種成年野生鼠(包括C57BL/6、BALB/c與CD-1)后沒有引起典型的臨床表征,臟器中也檢測(cè)不到ZIKV粒子或RNA,因此有學(xué)者采用新生幼鼠進(jìn)行寨卡病毒感染試驗(yàn)[8]。Fernandes等[11]將ZIKV巴西分離株SPH 2015分別腦內(nèi)或皮下接種1日齡新生Swiss小鼠,結(jié)果顯示兩種方式感染的小鼠均出現(xiàn)不同程度的嗜睡、共濟(jì)失調(diào)和麻痹等神經(jīng)癥狀,且腦內(nèi)感染小鼠病程更急,癥狀更為兇險(xiǎn);病理組織觀察ZIKV感染的新生幼鼠發(fā)現(xiàn)腦神經(jīng)元細(xì)胞變性、凋亡,腦血管周邊白細(xì)胞浸潤(rùn),急性星型膠質(zhì)細(xì)胞增生,神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白大量表達(dá)等特征。Manangeeswaran等[12]以ZIKV波多黎各毒株P(guān)RVABC59皮下接種1日齡的野生型C57BL/6小鼠,感染后2周左右發(fā)現(xiàn)小鼠出現(xiàn)震顫、嚴(yán)重的共濟(jì)失調(diào)與癲癇等神經(jīng)癥狀,免疫病理學(xué)分析顯示ZIKV主要聚積于小鼠小腦區(qū)域,相應(yīng)區(qū)域的腦神經(jīng)細(xì)胞變性,腦組織CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn),上述結(jié)果為進(jìn)一步佐證ZIKV感染與腦組織損傷的相關(guān)性提供了試驗(yàn)依據(jù)。
1.2免疫缺陷小鼠感染模型 Grant A等[13]研究發(fā)現(xiàn)寨卡病毒可通過NS5蛋白降解人I型干擾素受體(IFNAR1)活化關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子STAT2以拮抗人I型干擾素的產(chǎn)生與反應(yīng),但該病毒的NS5蛋白并不結(jié)合或促成小鼠STAT2的降解,這可能是免疫完整的野生小鼠對(duì)ZIKV感染和疾病發(fā)生具有抗性的主要原因。已有研究發(fā)現(xiàn)I型干擾素分泌缺陷的轉(zhuǎn)基因小鼠可以作為其它黃病毒感染的動(dòng)物模型[14],由此啟發(fā)眾多學(xué)者采用干擾素受體先天缺陷的轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行ZIKV感染模型的評(píng)估。
Dowall等[15]模擬蚊蟲叮咬方式對(duì)5~6周齡IFNAR1-/-缺陷小鼠A129后腿皮下接種ZIKV,結(jié)果發(fā)現(xiàn)A129小鼠感染ZIKV后發(fā)病嚴(yán)重,6 d內(nèi)死亡率達(dá)100%,在血液、腦組織、脾臟、肝臟和卵巢中均可檢測(cè)到大量的寨卡病毒RNA,感染ZIKV的A129小鼠腦組織與脾臟細(xì)胞出現(xiàn)凋亡壞死,有明顯的炎性細(xì)胞浸潤(rùn),而接種ZIKV的129Sv/Ev野生型小鼠盡管在血液、脾臟和卵巢中檢測(cè)到極小量的病毒RNA,但并未表現(xiàn)出臨床癥狀或觀察到病理學(xué)變化。Rossi等[16]對(duì)不同生長(zhǎng)階段的A129小鼠皮下接種傳代次數(shù)較低的亞洲譜系ZIKV毒株(FSS13025)時(shí)發(fā)現(xiàn)A129小鼠對(duì)該毒株易感,且A129小鼠致死率與其感染年齡有關(guān),其中3周齡小鼠感染后死亡率達(dá)100%,5周齡達(dá)50%,11周齡的A129小鼠感染后不死亡(0%),但伴隨嚴(yán)重的病毒血癥與體重減輕等臨床癥狀。先天缺陷I型和II型干擾素受體的AG129小鼠對(duì)ZIKV更為易感,臨床癥狀更為明顯,如:Aliota等[14]報(bào)道接種亞洲株ZIKV(H/PF/2013)的AG129小鼠在8 d內(nèi)全部死亡,其中幼齡AG129小鼠病程更短更急,內(nèi)臟器官與腦組織中可檢出高滴度的ZIKV,小鼠全身病變明顯,尤以腦組織和肌肉損傷最為嚴(yán)重。另有研究組構(gòu)建了3種干擾素轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(IRF3,IRF5和IRF7)先天缺失的轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行ZIKV感染試驗(yàn),結(jié)果與上述研究類似,三重IRF缺失的小鼠對(duì)ZIKV感染極為敏感,病情嚴(yán)重,ZIKV可誘發(fā)小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染并刺激神經(jīng)祖細(xì)胞凋亡[17-18]。
Smith等[19]從免疫學(xué)角度采用阻斷小鼠IFNAR1的單克隆抗體處理野生型C57BL/6小鼠后感染ZIKV(Dakar 41519毒株),結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗體處理組的小鼠對(duì)ZIKV更為易感,皮下接種小鼠出現(xiàn)40%的死亡,腹腔接種時(shí)小鼠發(fā)病更為嚴(yán)重,死亡率高達(dá)100%,且兩種感染途徑均可導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)體重減輕,嚴(yán)重的病毒血癥和典型的神經(jīng)病理學(xué)癥狀。Tripathi等[20]以I型干擾素通路關(guān)鍵活化分子STAT2缺陷的小鼠作為感染模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Stat2-/-小鼠對(duì)ZIKV高度敏感,感染后神經(jīng)癥狀明顯,ZIKV在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)、性腺和其他內(nèi)臟器官中均有分布,利用該模型作者還發(fā)現(xiàn)非洲譜系的ZIKV毒株感染Stat2-/-小鼠病變嚴(yán)重,小鼠病程短而急,死亡率高,而亞洲譜系毒株感染的小鼠病程長(zhǎng),神經(jīng)功能障礙較緩,個(gè)別Stat2-/-小鼠會(huì)出現(xiàn)死亡。這可能與非洲譜系的ZIKV毒株誘導(dǎo)Stat2-/-小鼠腦組織表達(dá)更高水平的白細(xì)胞浸潤(rùn)相關(guān)標(biāo)志物及炎性因子有關(guān)。
1.3孕鼠感染模型 寨卡病毒感染孕婦后導(dǎo)致胎兒流產(chǎn)、胎兒小頭畸形、生長(zhǎng)受限甚至死亡等疾病,對(duì)嬰幼兒影響極大,建立合適的ZIKV-胎兒感染模型以探索該病毒如何跨越子宮內(nèi)血胎屏障垂直傳播感染胎兒與影響胎兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的機(jī)制十分重要[1, 8]。Miner等[21]對(duì)受孕的IFNAR1-/-缺陷母鼠在胚胎發(fā)育期E6.5或E7.5時(shí)模擬叮咬方式皮下接種ZIKV(H/PF/2013),對(duì)應(yīng)E13.5或E15.5期時(shí)發(fā)現(xiàn)ZIKV感染后胎兒出現(xiàn)死亡,胎兒體型變小,在胎兒腦部、胎盤及母體內(nèi)均可檢測(cè)到高滴度的ZIKV,病理組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)ZIKV可感染胎盤滋養(yǎng)層與內(nèi)皮細(xì)胞,誘導(dǎo)胎盤血管損傷與腦神經(jīng)元細(xì)胞凋亡等。對(duì)IFNAR1抗體處理的野生懷孕母鼠同步進(jìn)行上述試驗(yàn),結(jié)果顯示胎兒未死亡,但ZIKV同樣可以感染和損害胎盤,并導(dǎo)致小頭畸形和生長(zhǎng)受限。Cugola等[22]對(duì)正常的野生SJL或C57BL/6孕鼠靜脈接種ZIKV巴西株,發(fā)現(xiàn)感染ZIKV的SJL孕鼠可引起胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限,全身發(fā)育延遲,胎兒腦皮質(zhì)畸形,皮層厚度及神經(jīng)元細(xì)胞減少的現(xiàn)象,這與人感染ZIKV小頭癥相關(guān)表型極為相似。Yockey等[23]對(duì)野生C57BL/6孕鼠陰道內(nèi)接種ZIKV菌株(FSS13025),結(jié)果發(fā)現(xiàn)該病毒可在孕鼠陰道黏膜內(nèi)復(fù)制,胎兒腦組織中也可檢出ZIKV,感染可引起小鼠胎兒重量減輕,生長(zhǎng)受限及溶解等現(xiàn)象,這為ZIKV可能通過性傳播提供了證據(jù)。Li等[18]直接對(duì)野生ICR孕鼠胚胎發(fā)育E13.5期的胎兒進(jìn)行腦室內(nèi)接種ZIKV(亞洲譜系株SZ01),結(jié)果發(fā)現(xiàn)ZIKV可通過調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng),上調(diào)表達(dá)病毒入侵識(shí)別相關(guān)受體,在胎兒腦組織內(nèi)大量復(fù)制,通過誘導(dǎo)神經(jīng)元祖細(xì)胞周期停滯、凋亡和分化障礙等環(huán)節(jié),最終導(dǎo)致胎兒小頭畸形,該研究為寨卡病毒感染影響腦組織的發(fā)育提供了直接的試驗(yàn)依據(jù)。
豚鼠因其生殖生理、發(fā)情周期及胎盤種類與人類相似,是公認(rèn)的研究先天性感染與性傳播疾病的理想動(dòng)物模型,因此有希望為研究寨卡病毒母體垂直傳播機(jī)制及對(duì)嬰兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育影響作參考。Kumar等[24]以ZIKV波多黎各毒株P(guān)RVABC59皮下接種野生型豚鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn)豚鼠感染病毒后主要表現(xiàn)為發(fā)熱、嗜睡、駝背、皮毛皺褶和運(yùn)動(dòng)障礙等臨床癥狀,豚鼠全血、血清、脾臟及腦組織均可檢出ZIKV,以腦組織病毒載量最高,ZIKV感染的豚鼠血清中多種細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子等急劇表達(dá)上調(diào)。Deng等[25]對(duì)成年豚鼠皮下接種委內(nèi)瑞拉來源的ZIKV GZ01毒株或柬埔寨FSS13025毒株,發(fā)現(xiàn)ZIKV可在豚鼠體內(nèi)復(fù)制,感染后2天即可在豚鼠血液、唾液及淚液中檢出持續(xù)排毒,組織病理與病原學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ZIKV可在豚鼠脾臟、腸道與睪丸中檢出,ZIKV可誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生特異性抗體。研究者還發(fā)現(xiàn)直接密切接觸也可以促進(jìn)ZIKV傳播,將健康豚鼠與帶毒豚鼠混合同籠飼養(yǎng),直接暴露于ZIKV傳染源的健康豚鼠也感染成功。
Goodfellow等[26]以不同劑量的ZIKV毒株(MEX1-44)羊膜穿刺接種雞胚,結(jié)果顯示ZIKV可致雞胚死亡,并且表現(xiàn)出ZIKV劑量依賴性,未死亡的雞胚在感染后期出現(xiàn)大腦發(fā)育異常,腦組織生長(zhǎng)受限,尤其是大腦皮層區(qū)域腦心室容積增加明顯。該模型為探索寨卡病毒感染引發(fā)胎兒發(fā)育異常的機(jī)制提供了較好的替代動(dòng)物模型。
獼猴作為非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物在胎兒妊娠、胎盤屏障、大腦灰/白質(zhì)比例及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等方面與人類最為相似,相比于其他動(dòng)物更適合作為寨卡病毒感染研究模型[8]。Dudley等[27]以ZIKV亞洲譜系毒株H/PF/2013分別皮下接種雄性、雌性與懷孕獼猴,結(jié)果顯示3類獼猴均對(duì)ZIKV易感,病毒在獼猴體內(nèi)繁殖迅速,接種1 d后即可在血液中檢出,部分獼猴尿液、唾液及腦脊液中也可檢出ZIKV,病毒感染后期可誘導(dǎo)獼猴機(jī)體產(chǎn)生病毒特異性T細(xì)胞、NK細(xì)胞與抗ZIKV中和抗體等,這些免疫保護(hù)性反應(yīng)可抵抗10周后ZIKV攻毒再感染。Osuna等[28]同時(shí)分析比較了2株不同ZIKV毒株在恒河猴或短尾猴上的感染情況與不同獼猴對(duì)ZIKV感染的宿主免疫防御反應(yīng),結(jié)果顯示不同品種的獼猴對(duì)ZIKV易感,ZIKV誘導(dǎo)的機(jī)體先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答反應(yīng)可拮抗病毒復(fù)制,促進(jìn)病毒清除與抵抗二次感染,這與Dudley等的研究結(jié)論一致。獼猴還是ZIKV候選疫苗免疫原性與保護(hù)效力評(píng)價(jià)的動(dòng)物模型[8, 29]。
現(xiàn)有的動(dòng)物感染試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于了解寨卡病毒感染機(jī)理、誘發(fā)胎兒小腦癥與研發(fā)抗ZIKV的疫苗或藥物起到了至關(guān)重要的作用,但各模型仍有一定的缺陷[1, 8]。如:小鼠模型對(duì)ZIKV并不天然易感,往往需要IFN受體缺陷的小鼠或較大劑量的病毒接種才有效,小鼠胎盤結(jié)構(gòu)與免疫系統(tǒng)與人類的又有一定的生理差異,與ZIKV感染相關(guān)的人吉蘭巴雷綜合征癥狀并未在小鼠模型中得到復(fù)現(xiàn);雞胚模型與人類遺傳關(guān)系較遠(yuǎn),且ZIKV感染雞胚的相關(guān)研究還不夠透徹;靈長(zhǎng)類大動(dòng)物獼猴模型雖然與人類最為相似,試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為可信,但獼猴孕期長(zhǎng)、個(gè)體差異大、實(shí)驗(yàn)材料不易獲取與成本昂貴等問題突出。目前國(guó)際上尚無完全理想的ZIKV感染與疫苗評(píng)估可靠的統(tǒng)一動(dòng)物模型,如何比較分析不同ZIKV毒株的致病性差異與評(píng)估不同動(dòng)物模型間的感染差異,篩選合適的動(dòng)物感染模型仍然是下一步研究的重點(diǎn)。
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中國(guó)人獸共患病學(xué)報(bào)2018年6期