新型冠状病毒导致的肺炎（COVID-2019）自2020年初爆发以来，全球感染人数超过7万，死亡病例超过2千人。而理想的动物模型是阐明疾病病理机制、研发抗病毒药物和开发疫苗的重要工具，本文介绍动物模型在另外两个冠状病毒（非典病毒SARS-CoV和中东呼吸综合征病毒MERS-CoV）中的应用，希望对于新冠病毒动物模型的选择有所帮助。

一、非典和中东呼吸综合征简介

2003年出现的非典导致8000多人感染，死亡率约为10％；2012年出现的中东呼吸综合征导致800多人感染，死亡率约为40％。MERS-CoV倾向于感染中年男性，而SARS-CoV容易感染老年人群。SARS-CoV的刺突蛋白与宿主细胞表面的血管紧张素-转换酶2（ACE2）结合，而MERS-CoV的刺突蛋白与宿主细胞表面的二肽水解酶4（DPP4）结合。

人类感染SARS-CoV和MERS-CoV冠状病毒出现的症状包括发烧、肌肉酸痛、干咳、气促和呼吸困难等。几乎所有患者的胸片都有异常，其中非典病人多呈斑片状或网状改变。而确诊需通过病毒分离、聚合酶链反应（PCR）或者病毒抗体检测。SARS尸检发现肺泡细胞破坏、透明膜形成，间质炎性浸润和肺泡出血等病理改变；同时通过免疫组化在肺部可以检测到病毒抗原。

二、非人灵长类动物模型

SARS-CoV可以感染猕猴、食蟹猕猴和非洲绿猴。不同物种产生的临床表现、病毒复制和病理特征有所不同。虽然每个物种都有感染SARS-CoV出现肺炎的报道，但不同非人灵长类动物中得到的结果差异较大，可能的原因包括遗传背景、实验方法（病毒感染途径或剂量）的不同。Greenough等在感染了SARS-CoV的普通狨猴（Common marmoset）中出现发烧、腹泻、肝炎等表现。

感染MERS-CoV的猕猴和普通狨猴的结果不一样，猕猴表现出短暂的肺部感染；胸部X光片显示局部浸润和断裂纹理；病毒在末端细支气管周围的肺细胞复制，利用免疫组化在肺泡肺细胞监测到病毒抗原。而普通狨猴感染MERS-CoV后症状要严重的多，其病毒滴度高出猕猴一千多倍。

三、小鼠

利用鼻腔感染的途径，科学家在多个年轻的近交系小鼠品系（BALB / c、C57BL6和129S）中观察到SARS-CoV的复制，但是这些感染的小鼠并未出现相应的疾病临床表现。有意思的是，与感染SARS-CoV的人群一样，年龄似乎在小鼠疾病易感性中起到重要作用。12个月大的BALB / c小鼠感染SARS-CoV之后出现较严重的症状，包括体重减轻、皮毛起皱和脱水。组织病理学显示小鼠出现间质性肺炎以及弥漫性肺泡损伤，在肺中也能检测到病毒抗原。

科学家采用两种方法来增强年轻小鼠感染SARS-CoV的临床表现：（1）表达人源ACE2（hACE2）；（2）通过多次连续培养病毒以获得适应小鼠的SARS-CoV。McCray等制备了在上皮细胞特异性启动子K18调控下的hACE2转基因小鼠，感染SARS-CoV后导致小鼠死亡。值得注意的是，K18-hACE2小鼠感染SARS-CoV出现了非典病人没有的中枢神经系统疾病。Tseng等构建了广谱表达hACE2的转基因小鼠，SARS病毒可以在这些小鼠中大量复制，并出现一些相应的临床表现和组织损伤，其中一个小鼠品系出现致死的表型。

通过在小鼠呼吸道中连续培养，科学家获得了三种适应小鼠的SARS-CoV病毒株（MA15、MA20和v16）。这些适用小鼠的SARS-CoV感染小鼠后，在小鼠肺中高滴度复制，并且导致相应的病理变化，以及扩散到到肺部以外，甚至导致小鼠死亡。这些表型与重症非典病例相似。老年小鼠感染MA15病毒会产生与人类急性呼吸窘迫综合征特别相似的表型。

由于小鼠DPP4受体与人DPP4（hDPP4）在与MERS-CoV刺突蛋白结合的关键部位不同，正常小鼠不能感染MERS-CoV。在BALB / c和B6小鼠转染表达hDPP4的腺病毒，导致MERS-CoV感染和复制，并出现间质性肺炎。广谱表达hDPP4的转基因小鼠可以感染MERS-CoV，并导致严重呼吸障碍，甚至死亡，在这些小鼠的多个器官中获得高滴度的病毒，发现了与严重炎症相关的病理改变。

Li等通过在hDPP4基因敲入小鼠的肺细胞中连续培养MERS病毒30代，得到了适应小鼠的MERS-CoV，感染小鼠病毒滴度可以高出原始病毒100倍，导致hDPP4基因敲入小鼠体重减轻，甚至死亡。在气道上皮，肺细胞和巨噬细胞中观察到病毒抗原，病理结果包括肺泡弥漫性肺泡损伤和透明膜形成，并发现活化的炎性单核巨噬细胞和中性粒细胞在肺中积累。

四、仓鼠

SARS-CoV感染黄金仓鼠（叙利亚仓鼠）后可以复制得到高滴度病毒，并且出现肺部病理表型。黄金仓鼠鼻内接种SARS-CoV后，三天后可以在上下呼吸道中观察到病毒复制高峰，感染7-10天后病毒被清除。病毒复制伴随着明显的肺部组织病理学改变，包括间质性炎症，肺炎和肺实变，并且出现运动能力下降。

五、雪貂

雪貂常被用作研究感染人类的呼吸道病毒。Martina等发现感染SARS-CoV的雪貂有相应的临床表现，上呼吸道中的高滴度病毒与发烧和打喷嚏有关，病理学改变包括以淋巴组织支气管吞噬为特征的肺肺炎。

六、携带人源化肺的免疫缺陷小鼠

Wahl等开发了一种新的人源化小鼠，他们将人类肺组织（包含多达40种细胞类型）植入免疫缺陷小鼠，发展成高度血管化的肺植入物，结果发现MERS-CoV、寨卡病毒等病原体可以在这些肺植入物中复制。

七、小结

科学家围绕SARS-CoV和MERS-CoV开展了一系列动物模型的研究，比较遗憾的是，我国科学家在这方面的工作比较罕见。

理想的动物模型应能够反映在病人体内观察到的病毒复制、临床表现和病理特征。由于解剖，生理和免疫学的相似性，非人灵长类动物成为冠状病毒的最佳模型。虽然成本、动物数量以及个体差异等因素限制了大规模使用非人灵长类动物进行实验，但是药物进入临床试验前，最好能经过非人灵长类动物模型检验。为了得到可靠的结果，需考虑非人灵长类动物年龄、性别、来源、病原微生物等因素。

考虑到ACE2也是新冠病毒的受体，所以现有的hACE2转基因小鼠和基因敲入小鼠可以作为新冠病毒研究的动物模型，在此基础上，进一步开发适应小鼠的新冠病毒，这样得到的病毒-小鼠组合可为病理机制研究及药物和疫苗开发作出重要贡献。

开展病毒的实验动物研究一定要严格遵守国家有关的规定，特别是最近农业农村部、教育部、卫健委等七部委发布的《关于加强动物病原微生物实验室生物安全管理的通知》，在获得有关部门批准之后，在符合条件的实验室开展研究，做好人员防护，正确处理病毒、动物以及相关试剂。

八、主要参考文献

1. Gretebeck and Subbarao, Current Opinion in Virology 2015, 13:123–129.

2. Wahl et al, Nat Biotechnol. 2019, 37(10): 1163–1173.

3. Li et al, Proc Natl Acad Sci U S A. 2017, 114(15): E3119-E3128.