傳染病是全球醫(yī)藥市場的第三大治療領(lǐng)域，縱觀人類歷史，傳染病對公共衛(wèi)生構(gòu)成巨大威脅。傳染病可以在大量人口中迅速傳播，造成重大公共衛(wèi)生問題及社會經(jīng)濟負擔(dān)（圖1）。目前，肆虐全球的COVID-19以及其他傳染病仍在世界各地傳播，因此深入研究傳染病的傳染路徑、發(fā)病機制，制定新療法，開發(fā)新疫苗，迫在眉睫。

圖1?全球性流行病示例[1]

起初，我們對病原體生物學(xué)和疾病發(fā)病機制的理解，主要來自對患者的臨床觀察，但是人群感染疾病的因素十分混雜(例如，遺傳背景、病原體劑量、先前接觸相關(guān)病原體)，研究材料難以分離和獲取，這些因素都制約了我們對感染病的進一步認識。雖然選用原代人類細胞可以克服上述問題，但這一體系仍然難以模擬病原體和宿主之間復(fù)雜的相互作用。現(xiàn)在，人們傾向于借助動物模型研究感染病的發(fā)病機制，并將其作為疫苗和藥物的有效性和安全性驗證工具。其中，小鼠模型（圖2）是研究傳染病最常用的動物模型之一。

圖2?感染病小鼠模型[2]

作為廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域研究的實驗動物，近交系小鼠品系的遺傳信息清晰，同窩小鼠的遺傳背景基本相同，使得科學(xué)家可以研究特定宿主基因如何影響機體對病原體攻擊的免疫反應(yīng)，同時促進對宿主免疫系統(tǒng)的理解。

近交品系如 C57BL/6 或 BALB/c 小鼠可用于研究病原體趨向性和復(fù)制動力學(xué)，比較不同病原體在基因相同的小鼠群體中的致病力，幫助研究人員評估不同實驗室之間的實驗可重復(fù)性。此外，通過多種免疫試劑接種小鼠，可以量化宿主的免疫反應(yīng)，例如通過感染淋巴細胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV)或流感病毒(Influenza)量化病原體特異性T細胞的變化[3][4]，促進人們對免疫反應(yīng)的機制研究(圖3)。

圖3?LCMV感染后，CD4和CD8 T細胞從急性活化到記憶的反應(yīng)示意圖[3]

近交系小鼠模型具有明顯的研究局限，不是所有的病原體都能夠在近交系小鼠中復(fù)制并引起疾病，例如寨卡病毒、人類諾如病毒和克里米亞-剛果出血熱病毒等病毒。對于這些病毒，可以選取T細胞和B細胞高度缺陷或者特定免疫途徑缺陷小鼠模型。例如，此前沒有任何小動物可以感染人類諾如病毒，直到研究人員選擇了Rag2/Il2rg-KO免疫缺陷小鼠，發(fā)現(xiàn)人類諾如病毒可以在這類小鼠體內(nèi)復(fù)制[5]。Ⅰ型干擾素誘導(dǎo)的信號通路(圖4)缺陷小鼠也被用于構(gòu)建多種重要人類病毒感染模型，例如寨卡病毒，該病毒在野生型小鼠體內(nèi)無法拮抗小鼠STAT2蛋白，因此無法感染小鼠，但在STAT1-/-或Ifnar1-/-小鼠體內(nèi)可以很好的復(fù)制并誘發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)疾病，乃至死亡[6,7]。

圖4?IFN信號通路示意圖[8]

小鼠和人類的遺傳差異干擾了病原體在小鼠體內(nèi)的復(fù)制或者致病能力，為此，我們可以利用基因人源化小鼠來打破這一限制。例如，小鼠等嚙齒類動物對許多感染人類的病原體不敏感，這與它們?nèi)狈Ω腥舅璧奶厥馑拗饕蜃佑嘘P(guān)。這類因子主要是病毒結(jié)合受體，相關(guān)病毒包括人乙型/丙型肝炎病毒（HBV/HCV），麻疹病毒和中東呼吸綜合癥冠狀病毒（MERS-CoV）等。研究發(fā)現(xiàn)，人源蛋白CD81和封閉蛋白（occludin，OCLN) 是HCV感染人類細胞的兩個關(guān)鍵因子，HCV無法感染野生型小鼠，但可成功感染表達人源蛋白CD81或者OCLN的小鼠[9]。

ACE2 是此次新冠病毒感染人體的主要結(jié)合受體，因此可以采用表達人ACE2蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠進行實驗，這種小鼠感染SARS-CoV-2后的腸道、肺炎癥狀及病理學(xué)特征與COVID-19患者很相似，可以作為疫苗和藥物研發(fā)的工具[10]。南模生物自主研發(fā)的CAG-hACE2-IRES-Luc-Tg(hACE2-Tg)小鼠可在主要組織中表達ACE2蛋白(圖5)，并被SARS-CoV-2感染 (圖6)，給藥后有一定程度緩解（圖7-8）。

圖5 hACE2-Tg可在多組織中表達人源ACE2蛋白。A：活體成像技術(shù)檢測hACE2-Tg小鼠的Luciferase表達情況，B：Western blot檢測人源 ACE2蛋白表達情況

圖6 SARS-CoV-2感染后，hACE2-Tg小鼠肺中的病毒滴度

圖7?給藥后hACE2-Tg小鼠體重變化(A)和肺部病毒載量變化(B)

除了轉(zhuǎn)入人源化的病毒結(jié)合受體，人們還可以將病毒的致病片段轉(zhuǎn)入到小鼠體內(nèi)，用于深入研究病毒致病蛋白的分子機制。例如，HPV E區(qū)編碼的早期蛋白（E1、E2、E4、E5、E6和E7等）在其復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和細胞轉(zhuǎn)化等過程中具有重要功能，其中E6與E7是最主要的致癌蛋白。通過在小鼠上皮細胞中特異性表達HPV E6/E7蛋白，構(gòu)建HPV感染的小鼠模型，可模仿癌癥患者的臨床癥狀[11]。

乙肝是中國人群的主要傳染病之一，南模生物將c1型HBV病毒1.0拷貝全長DNA轉(zhuǎn)入小鼠，構(gòu)建了乙肝病毒轉(zhuǎn)染模型。該HBV-Tg小鼠血清中HBsAg呈陽性，但無HBeAg、anti-HBs、anti-HBe或antiHBc表達，無HBV DNA復(fù)制。在該轉(zhuǎn)基因小鼠模型的血清、肝臟和腎臟（圖8-9）中可以檢測到穩(wěn)定表達的人乙肝病毒表面抗原，該小鼠模型為研究人類“乙型肝炎”的發(fā)病機制、治療方法與藥物篩選，提供了理想的動物模型和新型研究手段，具有重要的醫(yī)藥應(yīng)用價值[12]。

圖8?HBV-Tg小鼠在15個月內(nèi)的血清HBsAg滴度變化

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圖9 A-B：免疫組化檢測HBsAg在肝臟(A)和腎臟(B)中的表達，C-D：免疫組化檢測HBcAg在肝臟(C)和腎臟(D)中的表達

南模生物可提供多種基因修飾小鼠模型，助力感染病小鼠模型的建立，促進疫苗和藥物的研發(fā)，品系列表如下：

南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括基因修飾成品模型供應(yīng)、個性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評價等，滿足不同實驗室需求。