Патогенність SARS-CoV-2 у трансгенних мишей hACE2 Природа

Предмети

Анотація

Тяжкий гострий респіраторний синдром коронавірусу 2 (SARS-CoV-2) є причиною коронавірусної хвороби 2019 (COVID-19), яка стала надзвичайною ситуацією в галузі охорони здоров'я, що викликає міжнародне занепокоєння 1. Ангіотензин-перетворюючий фермент 2 (ACE2) є рецептором клітинного входу для важкого гострого респіраторного синдрому коронавірусу (SARS-CoV) 2. Тут ми заразили трансгенних мишей, які експресують людський ACE2 (далі - миші hACE2), SARS-CoV-2 та вивчали патогенність вірусу. Ми спостерігали втрату ваги, а також реплікацію вірусу в легенях мишей hACE2, інфікованих SARS-CoV-2. Типовою гістопатологією була інтерстиціальна пневмонія з інфільтрацією значної кількості макрофагів та лімфоцитів у альвеолярний інтерстицій та накопиченням макрофагів у альвеолярних порожнинах. Ми спостерігали вірусні антигени в епітеліальних клітинах бронхів, макрофагах та альвеолярному епітелії. Ці явища не були виявлені у мишей дикого типу, інфікованих SARS-CoV-2. Слід зазначити, що ми підтвердили патогенність SARS-CoV-2 у мишей hACE2. Ця модель миші зараження ГРВІ-CoV-2 буде цінна для оцінки противірусних терапевтичних засобів та вакцин, а також для розуміння патогенезу COVID-19.

Наприкінці грудня 2019 року випадки COVID-19, який викликається ГРВІ-CoV-2, були виявлені та повідомлені з міста Ухань (провінція Хубей, Китай), де вони були пов'язані з ринком морепродуктів, на якому також продавали екзотичних тварин та спожив 1,3. З тих пір кількість підтверджених випадків зросла: станом на 25 лютого 2020 року в Китаї було зареєстровано майже 78 000 випадків та понад 2700 смертей, а в ряді інших країн зареєстровано випадки імпорту від мандрівників з материкового Китаю. Важливо встановити патогенність та біологію вірусу для профілактики та лікування захворювання.

Оскільки SARS-CoV-2 є дуже гомологічним SARS-CoV, людський ACE2, який є рецептором входу SARS-CoV, також вважається високомолекулярною здатністю до SARS-CoV-2 шляхом молекулярно-біологічного аналізу 2,5 . Тому ми використовували трансгенних мишей hACE2 та мишей дикого типу, інфікованих штамом HB-01 SARS-CoV-2, для вивчення патогенності вірусу.

Чоловічий та жіночий дикий тип без специфічних патогенів ( = 15) або hACE2 ( = 19) мишей віком 6–11 місяців інокулювали інтраназально штамом SARS-CoV-2 HB-01 у дозі 10 5 50% інфекційної дози культури тканин (TCID50) на 50 мкл об’єму посівного матеріалу на мишу після мишей інтраперитонеально знеболювали за допомогою 2,5% авертину; підроблені миші hACE2 ( = 15) використовувались як контроль. Клінічні прояви реєстрували у 13 мишей (3 мишей дикого типу, інфікованих HB-01; 3 мишей, підданих імітації hACE2; та 7 мишей, інфікованих HBACE 01). Протягом 14 днів спостереження ми спостерігали незначну щетину і втрату ваги лише у мишей hACE2, інфікованих HB-01, а не у заражених HB-01 мишей дикого типу чи мишей, оброблених імітацією hACE2; інших клінічних симптомів, таких як вигин спини та зниження реакції зовнішніх подразників, не було виявлено ні у однієї з мишей. Примітно, що втрата ваги мишей, інфікованих HB-01, hACE2, становила до 8% через 5 днів після зараження (dpi) (рис. 1а).

трансгенних

Крім того, ми продемонстрували колокалізацію білка SARS-CoV-2 S (рис. 3f) та людського рецептора ACE2 (рис. 3g) в альвеолярних епітеліальних клітинах інфікованих HB-01 мишей hACE2 за допомогою імунофлюоресценції при 3 dpi (рис. . 3 год). Це явище не було виявлено у підроблених мишей hACE2 (рис. 3a – d) або заражених HB-01 мишей дикого типу (дані не наведені), що вказує на те, що SARS-CoV-2 - як і SARS-CoV - використовує АСЕ2 людини як рецептор для входу 5 .

Колокалізація білка SARS-CoV-2 S та рецептора ACE2 людини в легенях мишей hACE2. Зрізи інкубували з антитілом проти SARS-CoV-2 S, антитілом до людини ACE2 та DAPI. a-d, Легеневі зрізи підроблених мишей hACE2. e-h, Легеневі зрізи мишей, заражених HB-01, HB-01. Білі стрілки показують вірусний білок S (f) та АСЕ2 людини (g); жовті стрілки показують злиття вірусного білка S та АСЕ2 людини (h). Шкали шкали, 25 мкм. Дані в a-h є представниками трьох незалежних експериментів.

Швидкість географічного розповсюдження COVID-19 призвела до того, що хвороба була оголошена надзвичайною ситуацією в галузі охорони здоров'я, що викликає міжнародне занепокоєння, а випадки захворювання повідомлялися на кількох континентах лише за кілька тижнів після першого повідомлення про захворювання 6. Хоча біоінформатикою було встановлено, що збудником цієї епідемії є новий коронавірус, необхідно, щоб це було підтверджено експериментами на тваринах (слідуючи постулатам Коха) 7. Попередні клінічні дослідження підтвердили ізоляцію вірусу від господарів із захворюванням та культивування в клітинах хазяїна 1. Тут ми показуємо, що після експериментального зараження мишей hACE2 одним із найдавніших відомих ізолятів SARS-CoV-2, наша миша модель зараження SARS-CoV-2 демонструє вірусну реплікацію в легенях, що характеризується помірною інтерстиціальною пневмонією - подібною до початкові клінічні повідомлення про пневмонію, спричинену ГРВІ-CoV-2 8. Більше того, ми також спостерігали специфічні антитіла проти SARS-CoV-2 та повторно виділяли вірус із заражених мишей.

Рівень смертності, про який зараз повідомляється про випадки COVID-19, становить близько 2%, що означає, що - до цих пір - SARS-CoV-2, здається, не спричиняє високих показників летальності серед SARS-CoV (9–11%) 9; це свідчить про те, що між двома вірусами існують відмінності в патогенності. У мишей патогенність SARS-CoV-2 видається незначною порівняно з SARS-CoV; остання викликає позалегеневі пошкодження органів (включаючи мозок, нирки, кишечник, серце та печінку), і, крім того, нейрони сприйнятливі до зараження SARS-CoV - церебральний васкуліт та крововилив спостерігали у інфікованих SARS-CoV мишей hACE2 10,11 . Однак у мишей, інфікованих HACE2, інфікованих SARS-CoV-2, спостерігалася лише інтерстиціальна пневмонія, що свідчить про різницю в патогенності між двома коронавірусами.

Наші результати демонструють патогенність SARS-CoV-2 у мишей, яка - разом із попередніми клінічними дослідженнями 1 - повністю задовольняє постулати Коха 7 і підтверджує, що SARS-CoV-2 є збудником, відповідальним за COVID-19. Наша миша модель зараження ГРВІ-CoV-2 буде цінна для оцінки противірусних терапевтичних засобів та вакцин, а також для розуміння патогенезу цієї хвороби.Примітка, додана в доказ: У версії цієї статті, яка була спочатку опублікована в Інтернеті, на рис. 2а міститься копіювання. У версії малюнка, яка була опублікована спочатку, замість зрізів тканин з макета ACE2 + були показані зрізи тканин зразка WT + HB-01. Оригінально опублікований малюнок можна знайти тут як додатковий рис. 1.