JAX精準小鼠模型助力《Nature》奧密克戎重磅研究

日前，國家衛(wèi)健委表示奧密克戎已成為我國境外輸入和本土疫情的優(yōu)勢毒株¹。
 
那么關于傳播力更強，傳播速度更快的奧密克戎，其在細胞內(nèi)的復制能力及其體內(nèi)致病力究竟如何？
 

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近日，香港大學朱軒/袁國勇研究團隊在《Nature》雜志以“加快評審文章”的形式在線發(fā)表重要研究成果，為早日了解奧密克戎復制能力和致病力情況提供了新的科學依據(jù)。
 
其研究工作不僅發(fā)現(xiàn)奧密克戎變異株在人的肺以及腸上皮細胞內(nèi)的復制能力顯著下降，并且在人ACE2轉(zhuǎn)基因小鼠（Strain #:034860，K18-hACE2）中建立的感染性動物模型進一步證實奧密克戎變異株的不僅繁殖力較弱，而且致病性也較低²。此項研究，為奧密克戎變異株的感染力以及致病力下降提供了重要的科學證據(jù)。
 
然而，雖然奧密克戎毒株致病性相對較低，但是由于其具有高傳染性以及高度免疫逃逸特性，從而顯著降低疫苗接種保護力和治療性中和抗體效能，全球公共衛(wèi)生安全仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。新冠治療藥物效果評價、疫苗效果測試及新冠致病機制等方面仍然亟需創(chuàng)新性轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究。
  
  
新冠疫苗、藥物研發(fā)與小鼠模型
 
當前，無論是疫苗制備還是藥物研發(fā)，小鼠模型在傳染性疾病研究中均有極為重要的作用。
   
因此常用的野生型小鼠并非構建新冠病毒感染的最佳動物模型。幸運的是，轉(zhuǎn)基因小鼠模型將很大程度上填補有關COVID-19動物體內(nèi)實驗的這一空白。
 
如今，表達有人ACE2蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠已是當前新冠治療藥物研發(fā)和疫苗效果測試使用最多的小鼠模型。
 

 
特別是長期專注于高品質(zhì)模型小鼠的杰克森實驗室，其K18-hACE2人源ACE2轉(zhuǎn)基因精準小鼠模型，更是為疫情初期和當前的治療藥物高通量篩選，疫苗效果測試以及致病機制研究提供了廣泛的有力支持。
 
JAX的K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠最早是由愛荷華大學的Dr. Paul McCray及其同事構建成功³，將攜帶有人ACE2編碼基因的載體引入到野生型小鼠中 ，其中ACE2的表達由人細胞角蛋白18（K18）啟動子調(diào)控在上皮細胞中表達。目前該轉(zhuǎn)基因小鼠已由Dr. Paul McCray捐贈給JAX維持繁育。
 
 
作為遺傳學和小鼠模型研究的先驅(qū)
 
杰克森實驗室（JAX）已有90多年的歷史。JAX致力于為世界各地的研究人員提供模擬人類疾病的精準小鼠模型和強大的臨床前研究解決方案。
 
改善人類健康是JAX使命的一部分，為了讓全球的研究人員都能夠有機會獲取此模型， JAX正在利用其先進的育種技術來快速培育轉(zhuǎn)基因小鼠群。
 

• Shuai, Huiping, et al. "Attenuated replication and pathogenicity of SARS-CoV-2 B. 1.1. 529 Omicron." Nature (2022): 1-1.
• Halfmann, Peter J., et al. "SARS-CoV-2 Omicron virus causes attenuated disease in mice and hamsters." Nature (2022): 1-1.
• Zheng, Jian, et al. "COVID-19 treatments and pathogenesis including anosmia in K18-hACE2 mice." Nature 589.7843 (2021): 603-607.
• Chen, Rita E., et al. "In vivo monoclonal antibody efficacy against SARS-CoV-2 variant strains." Nature 596.7870 (2021): 103-108.
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• Karki, Rajendra, et al. "Synergism of TNF-α and IFN-γ triggers inflammatory cell death, tissue damage, and mortality in SARS-CoV-2 infection and cytokine shock syndromes." Cell 184.1 (2021): 149-168.
• Johnson, Bryan A., et al. "Loss of furin cleavage site attenuates SARS-CoV-2 pathogenesis." Nature 591.7849 (2021): 293-299.
• Xiao, Yinghong, et al. "A defective viral genome strategy elicits broad protective immunity against respiratory viruses." Cell 184.25 (2021): 6037-6051.
• Dussupt, Vincent, et al. "Low-dose in vivo protection and neutralization across SARS-CoV-2 variants by monoclonal antibody combinations." Nature immunology 22.12 (2021): 1503-1514.
• Fumagalli, Valeria, et al. "Administration of aerosolized SARS-CoV-2 to K18-hACE2 mice uncouples respiratory infection from fatal neuroinvasion." Science Immunology (2021): eabl9929.
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• Dangi, Tanushree, et al. "Combining spike-and nucleocapsid-based vaccines improves distal control of SARS-CoV-2." Cell reports 36.10 (2021): 109664.
• Hassan, Ahmed O., et al. "A single-dose intranasal ChAd vaccine protects upper and lower respiratory tracts against SARS-CoV-2." Cell 183.1 (2020): 169-184.
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• K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠可感染SARS-CoV-2病毒，感染后表現(xiàn)出重癥癥狀，包括體重減輕、呼吸急促、弓背姿勢和活動減少。此外，感染病毒的小鼠出現(xiàn)通過感染后病理表現(xiàn)確定的肺部病變，以及在人類患者中觀察到的趨化因子/細胞因子風暴特征，并且在腸道和心臟中可檢出病毒復制。該小鼠可用于高通量篩選試驗性療法，包括有關患者恢復期血漿、疫苗、單克隆抗體的最新臨床前試驗，以及涉及SARS-CoV-2 和流感病毒雙重感染的研究。更為重要的是，該小鼠在攻毒后的響應表現(xiàn)出劑量相關性，因此研究者可以使用高病毒滴度攻毒小鼠進行重度急性呼吸道疾病研究，也可以使用低劑量輕度感染并恢復的小鼠研究其長。

• NSG.K18-hACE2小鼠可表達人源ACE2，即SARS-CoV-2侵入細胞的受體蛋白。NSG小鼠品系背景下，表達人源ACE2的小鼠可能導致其對SARS-CoV病毒感染的免疫應答減弱和易感性增強。為了提供具有充分表征或多種遺傳背景的品系，等位基因經(jīng)常會被轉(zhuǎn)移到不同于其首次被建立表征的遺傳背景品系。請注意，品系034901的表型與C57BL/6 K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠（品系貨號：034860）最初描述的表型可能不同。當有其他可用的結果發(fā)表時，如有需要，我們可修改品系特征描述。同時，我們也可供應C57BL/6J品系背景（品系貨號為 034860）的K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠。

• K18-hACE2;FcRn-/-hFcRn(32)Tg小鼠表達人源ACE2和人源FcRn，但不表達內(nèi)源性小鼠FcRn基因。人源ACE2的表達使得 SARS-CoV-2可以進入靶細胞。而通過表達人源FcRn來取代小鼠內(nèi)源FcRn基因，研究者可以更準確地預測抗體穩(wěn)定性 (Avery, et al, 2016; Tam, et al, 2013)。該品系結合了這兩種人源化特征的優(yōu)勢，可供研究者用于預測治療性單克隆抗體在體內(nèi)阻斷SARS-CoV-2感染擴散的能力。

• K18-hACE2 ; Ifnar1-小鼠表達人源ACE2，同時有Ifnar1基因突變導致的該基因被敲除。人源ACE2基因的表達，使得該小鼠可感染SARS-CoV-2病毒；在臨床前研究中，Ifnar1基因的敲除可能導致對SARS-CoV-2病毒的免疫應答減弱和易感性增強。

• BALBcJ.K18-hACE2小鼠表達有人源ACE2，即SARS-CoV-2侵入細胞的受體蛋白。為了提供具有充分表征或多種遺傳背景的品系，等位基因經(jīng)常會被轉(zhuǎn)移到不同于其首次被建立表征的遺傳背景品系。請注意，品系035247的表型與C57BL/6 K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠（品系貨號：034860）最初描述的表型可能不同。當有其他可用的結果發(fā)表時，如有需要，我們可修改品系特征描述。同時，我們也可供應C57BL/6J品系背景（品系貨號為 034860）的K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠。
  This model may be useful in examining the effects of SARS-CoV2 infection in one tissue or cell type while protecting another, and with the decreased severity may elucidate long-term effects of viral exposure.

• hACE2-KI小鼠通過在其Ace2位點取代插入受其內(nèi)源性調(diào)控元件調(diào)控表達的人源Ace2基因，進而表達有人源ACE2。在hACE2-KI小鼠的鼻甲和肺內(nèi)檢出高載量的SARS-CoV2病毒變異株，表明該模型支持感染后病毒的有效復制。此外，將loxP序列策略性地錨定hACE2 cDNA序列，可通過組織特異性cre介導的重組根據(jù)需要刪除hACE2。此模型可有助于在保護特定組織或細胞類型的同時，測試SARS-CoV2病毒感染其他組織或細胞的效果，并且該模型的輕癥化有助于揭示對病毒長期暴露的反應。

• ACE2-GR小鼠的內(nèi)源性Ace2基因被置換為人源ACE2基因。該品系小鼠表達人源 ACE2，不表達小鼠Ace2。

 
 
參考文獻：
1.  https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_16768832
2.  Shuai, Huiping, et al. "Attenuated replication and pathogenicity of SARS-CoV-2 B. 1.1. 529 Omicron." Nature (2022): 1-1.
3．McCray Jr P B, Pewe L, Wohlford-Lenane C, et al. Lethal infection of K18-hACE2 mice infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus[J]. Journal of virology, 2007, 81(2): 813-821.