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豚鼠生殖器疱疹模型:评估疫苗和抗病毒药

2020年07月15日 浏览量: 评论(0) 来源:中国实验动物信息网 作者:李晓菲译 责任编辑:admin
摘要:单纯疱疹病毒(HSV)感染1型(HSV-1)和2型(HSV-2)在世界范围内很普遍。感染是终生的,可能会导致急性和复发性水疱性溃疡病以及更严重的疾病。尽管最近HSV疫苗试验的结果令人失望,但新疫苗和更有效的抗病毒疗法仍在开发中。这些新方法需要在动物模型中进行初步评估。在这篇综述中,我简要地描述了一些可用的模型,然后更详细地描述了急性和复发性生殖器疱疹感染的豚鼠模型。如上所述,豚鼠模型最能模仿人类疾病,并能评估疫苗和抗病毒药物。

摘要:单纯疱疹病毒(HSV)感染1型(HSV-1)和2型(HSV-2)在世界范围内很普遍。感染是终生的,可能会导致急性和复发性水疱性溃疡病以及更严重的疾病。尽管最近HSV疫苗试验的结果令人失望,但新疫苗和更有效的抗病毒疗法仍在开发中。这些新方法需要在动物模型中进行初步评估。在这篇综述中,我简要地描述了一些可用的模型,然后更详细地描述了急性和复发性生殖器疱疹感染的豚鼠模型。如上所述,豚鼠模型最能模仿人类疾病,并能评估疫苗和抗病毒药物。


关键词:单纯疱疹病毒  豚鼠  抗病毒药  动物模型 疫苗 


简介:1型(HSV-1)和2型(HSV-2)单纯疱疹病毒(HSV)感染是最常见的人类感染。单纯疱疹病毒通常引起自限性口腔和生殖器水疱性溃疡病,经常复发。然而,HSV也能引起新生儿更严重的疾病和免疫功能低下,是脑炎的常见病因。此外,HSV-2感染是HIV传播的重要危险因素。因为最初的HSV感染会引起急性原发性疾病,然后由于潜伏性神经感染而持续存在,从而可以重新激活以产生复发性疾病或复发性病毒,因此需要预防性和治疗性疫苗。急性和复发性疾病以及复发性病毒脱落都需要改进的抗病毒药物。HSV预防性疫苗的最终目标是完全预防感染,但这一目标很难实现。因此,限制初始HSV复制量并预防或最小化急性疾病的临床严重性的疫苗是一个合理的目标。治疗疫苗的目标,即针对已经感染HSV的患者,不仅包括减少复发性疾病的频率和严重性,而且还包括预防或减少有症状和无症状复发期间的复发性脱落。


小鼠模型:研究HSV最常用的模型是近交系和远交系小鼠模型。有脑内,口腔面部,角膜,鼻,皮肤,新生儿和生殖器模型。小鼠相对便宜,大大有助于我们理解急性和持续感染以及再激活事件的分子生物学。小鼠模型的主要优点是可用于研究免疫和分子生物学反应的大量可用试剂。此外,有敲除和敲入品系可用于基因活性和功能的选择性评估。生殖器官感染的结果受小鼠年龄、使用的近交系品系、接种物大小以及使用的HSV菌株的影响。使用时,必须考虑这些变量。 HSV-2生殖器感染通常会产生致命结果,从而限制了这些研究的实用性。此外,小鼠阴道感染需要使用甲氧基孕酮来同步发情周期,从而增加易感性并降低对生殖器HSV-2接种的免疫反应。在阴道内接种后,动物会患上带有红斑和肿胀的生殖器疾病,但不经常看到不连续的病变,而且评分比豚鼠更困难。感染后,大多数动物会死于感染,因此无法评估潜在感染、复发性疾病或复发性病毒脱落,但需要注意的是,胸苷激酶缺陷(TK-)病毒可用于非致死性小鼠模型。总之,小鼠模型对于确定感染的局部和全身免疫反应、识别可能的保护性反应以及廉价的药物和疫苗的早期筛选工具是最有价值的。


大鼠模型:还开发了一种致命的生殖器棉鼠模型。给予甲羟孕酮四天后,棉鼠可被阴道内HSV-1和HSV-2感染。 该模型已用于评估临床试验中使用的gD疫苗。两剂疫苗具有免疫原性,但未能预防HSV-2疾病或减少生殖器HSV-2复制。但是,与HSV-2生殖器疾病相比,该疫苗可显着降低阴道HSV-1滴度并更好地抵抗HSV-1。由于这些发现与大型临床试验一致,因此对该模型有些兴趣。但是,必须注意的是,在棉鼠中进行的研究仅使用了2剂疫苗,而在临床试验中使用了3剂。


非人灵长类动物模型:测试抗病毒药,疫苗和杀菌剂的另一种模型是猕猴阴道HSV-2感染模型。该模型具有研究HSV-2感染与HIV相互作用的独特能力。与小鼠生殖器HSV模型一样,动物在阴道内注射高剂量HSV-2前4-5周用甲羟孕酮进行预处理。动物随后被感染,尽管在这个模型中病变的发展似乎很低。在一项研究中,只有10%的感染HSV-2猕猴出现了宫颈炎症和/或病变。然而,在2年的随访中,大约50%的动物有可检测到的HSV-2脱落,记录了感染情况。在另一项研究中也发现了类似的发现,在接种后的前7天,在生殖器分泌物中始终检测到感染病毒和HSV-2的DNA,但同样没有观察到感染的临床症状(病变或任何全身影响)。HSV-2接种后第42天和第56天检测生殖器拭子中的HSV-2 DNA,也记录了潜伏病毒的持续存在和自发激活。正如人类所见,HSV-2感染还增加了阴道SHIV-RT感染的频率。


豚鼠模型:HSV-2生殖器模型的描述:HSV-2生殖道豚鼠模型的主要优点是,受感染的动物会发展出易于量化的急性自限性疾病,然后,最重要的是,这些动物会出现易于识别的自发临床复发。紫外线照射也可能引起复发性病变。此外,在有无病变的情况下,受感染的动物表现出反复脱落。豚鼠感染的关键因素是模仿人类疾病。另一个好处是,与人类可以评估的情况不同,动物可以评估急性和持续性神经感染的存在和数量。

图1、豚鼠HSV-2阴道感染模型的生殖器病变。A)在第6天发生严重急性疾病,评分3.5; B)典型的单一复发性病变。最早接种后12小时即可在阴道分泌物发现HSV-2的复制。在组织中,最高的HSV-2滴度最初出现在子宫内膜、阴道和膀胱,子宫颈和子宫中病毒复制水平较低,但没有证据表明有病毒性传播或内脏器官受累。病毒在阴道和阴道内复制后,在一到两天内进入感觉神经纤维,并累及背根神经节(DRG)和脊髓。HSV-2从背根神经节和/或脊髓下行到外生殖器皮肤,产生外生殖器皮肤病变。


操作:通常是近交的Hartley品系雌性豚鼠,重约200–300 g,用预先湿润的海藻酸钙拭子打开阴道闭合膜后,直接向阴道内滴注0.1ml HSV-2。无需事先用黄体酮治疗。然后对外生殖器皮肤上病毒引起的病变进行评分,最常见的评分标准为:0,无疾病; 1+,发红或肿胀; 2 +,一些小囊泡; 3 +,几个大囊泡; 和4 +,有浸软的几个大溃疡。另外,可以给中等严重损害的动物分配上述分数之间的分数,即0.5、1.5、2.5或3.5。皮肤上稀疏地覆盖着细毛,这些细毛围绕着会阴,被认为是外生殖器皮肤。严重程度通常在感染后5-7天达到峰值,然后逐渐下降。

图2、显示了阴道病毒复制相对于临床疾病的时程,以平均病变评分表示。


在感染后的规定时间,获得阴道拭子样本以量化治疗对阴道中病毒复制的影响。也可以从临床上正常的外生殖器皮肤或外生殖器皮肤上的病变(如果存在)处采样。急性病毒的脱落通常会在8-10天后结束,因此通常每天或从第1-10天每隔一天获取拭子。使用预先润湿的藻酸钙拭子采样,然后将拭子置于含有100单位青霉素、50 Mg链霉素、50 Mg庆大霉素和2.5 Mg两性霉素B的1.0 ml最小基本培养基的试管中,并冷冻保存。拭子标本中的病毒载量可以通过噬斑测定或qPCR进行滴定。在急性病恢复后,即外阴部病变愈合后,评估复发性病变和复发性病毒排泄。因为病变在第10-14天愈合,对复发性疾病的评估通常从第15天开始。每天检查动物是否有复发性的外部病变,通常在第15天到第63-70天之间从阴道和外生殖器皮肤获取阴道拭子,检查病毒是否从阴道和外生殖器皮肤脱落。在有无病变的情况下,可观察到复发性脱落。脱落量可以通过qPCR来定量HSV DNA或通过培养来检测感染性病毒。实验结束时,可以处死动物,并检查DRG和脊髓中潜伏病毒载量的频率和定量。潜伏期病毒可以通过切碎片段的共培养来确定是否存在重新激活的病毒,或者可以通过qPCR进行定量以测定潜伏HSV DNA的负荷。当DRG中的病毒效价最高时,可以通过在感染后约3-8天处死动物来衡量治疗对DRG初始感染的效果。


效用:豚鼠是唯一可用于评估预防性和治疗性疫苗或治疗急性和复发性疾病的小动物。此外,如上所述,该模型允许对两种方法的几个关键病毒学和临床终点进行评估。通过在感染后的7-10天拭子采样来评估急性疾病的预防性疫苗或治疗方法对最初阴道复制的影响。还将评估急性疾病的严重程度。 干预措施能够阻止病毒的复制或至少降低从阴道中回收的病毒滴度并防止病变的发展。


从急性病恢复后,可以评估动物的复发性病变,通常是单个水泡或红色病变,在不同的时间段内可作为累积评分来衡量。随着时间的推移,病变的发生率逐渐降低,因此典型的观察期为从急性期恢复后的7-8周,即15-64天或71天。类似地,可以通过获得观察动物复发性疾病期间阴道拭子来量化对复发性病毒脱落的影响。与人类一样,在存在或不存在生殖器病变的情况下都可能发生脱落。 由于反复脱落是最重要的传播来源,我们认为这是评估疫苗和其他干预措施的关键终点。推断一种有效的疫苗或早期抗病毒干预措施将限制病毒在早期感染期间在DRG中的传播和复制,这种减少将影响随后的复发性疾病和复发性病毒的传播。

图3、显示复发性病变的时间进程以平均复发性病变评分(line)表示,反复脱落的过程以PCR检测HSV阳性的阴道拭子百分比表示


针对复发性疾病的治疗性疫苗或干预措施的评估相似。 从急性疾病中恢复后,通常按指定的时间间隔对动物接种2至3次。抗病毒药物可以在复发期间启动,以影响复发性疾病和复发性病毒脱落。因此,该程序类似于上述用于评估复发性疾病和复发性病毒脱落的程序。尽管有大量的临床和病毒学终点,但豚鼠复发性HSV疾病的模型受到复发次数和随时间反复脱落减少的限制。


结论:在众多的HSV生殖器疾病动物模型中,豚鼠与人类疾病最为相似,在评价药物、生物制剂和疫苗方面比其他小动物模型具有许多优势。但是,该模型存在一些局限性,可能会降低其预测价值。最能预测人体试验成功与否的终点尚待阐明,但有人建议,至少只有预防急性病、减少随后复发和潜在病毒负荷的疫苗才能进行人体评估。只能发展减少疾病复发和病毒反复脱落的治疗性疫苗。


原文出自:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166354220302357

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