2022年5月世界多个国家发生超过百例人猴痘病例,引发世界卫生组织的疫情暴发预警。世卫组织的最新报告显示,从1月1日开始到9月15日,全球103个世卫成员国累计报告了60320例猴痘确诊病例,525例疑似病例。9月16日,中国重庆确诊一例境外输入猴痘病例,为内地报告的首例猴痘确诊。
猴痘病毒与天花病毒同属,临床典型特征为皮疹,死亡率1%~10%。突发疫情引起了世人的担忧,现有疫苗的有效性、应急药物的筛选,以及猴痘病毒学、免疫学与病理学机制的阐述,均对动物模型提出重大需求。近期中国医学科学院医学实验动物研究所刘江宁在《中国比较医学杂志》发表综述,就常用的食蟹猴模型、土拨鼠模型、松鼠模型、冈比亚袋鼠模型、睡鼠模型、狨猴模型、小鼠模型和兔模型等,针对模型研制中的动物选择、感染途径与剂量、模型病毒学和病理学特征等进行了详细的评述,并介绍了动物模型在致病与传播研究、药物与疫苗评价中的应用,希望可为研究人员研制及应用动物模型提供参考。
人猴痘临床表现及诊断
人感染猴痘病毒后的疾病潜伏期为7~14 d,前4d 可出现头疼和疲劳症状,随后出现发热症状,面部出现丘疹、水泡和脓疱,皮疹从面部向全身扩散,包括四肢、手部和脚部,以及生殖器,进而形成结痂病变,并出现淋巴结病。猴痘的并发症包括呕吐和腹泻、结膜炎和角膜瘢痕、败血症、脑炎和支气管肺炎。疾病一般持续4周,随后皮疹脱落自愈,常见的后遗症包括继续性细菌感染导致的永久性瘢痕。孕妇感染后易流产和出现更严重的疾病。
皮肤病变的组织病理学特征为表皮增生、角化细胞球囊变性并伴有包浆内包涵体、表皮内小泡和脓疱,皮肤水肿并伴随淋巴细胞与巨噬细胞浸润,角质细胞内可见痘病毒颗粒。人感染猴痘病毒与天花病毒最主要的区别之一是前者会导致淋巴结病,但缺乏淋巴结病及其它脏器病理的临床研究报道。
猴痘病毒的实验室诊断主要采用实时荧光定量PCR法检测病毒DNA,采用猴肾细胞(Vero或者Vero E6) 进行分离培养,并辅助以电镜观察。免疫学检测方法包括ELISA 检测病毒特异的IgG 和IgM,以及免疫组化方法检测病毒抗原。临床检测可见白细胞增多、轻度至中度的低蛋白血症和血小板减少。
2 猴痘动物模型
非人灵长类动物对猴痘病毒天然敏感,此外,地松鼠、冈比亚袋鼠、睡鼠和绳松鼠等啮齿类动物在猴痘病毒从非洲向美洲的传播中起到了中间宿主作用,这些动物将病毒传播至圈养的美国土拨鼠,从而导致人感染猴痘病毒疫情的发生。因此,非人灵长类动物和啮齿类动物常被用于猴痘感染动物模型的研究(表1)。
猴痘动物模型被应用于药物筛选与评价、西非分支与刚果盆地分支致病力比较研究、猴痘病毒传播研究、疫苗保护效果评价,以及免疫学、病理学等研究。
表1 猴痘病毒感染动物模型比较分析
动物 |
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感染方式 |
病毒复制 |
病理损伤 |
动物症状 |
非人灵长类动物
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食蟹猴
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每只104~1.4×105PFU,气溶胶
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未检测到病毒血症;肺、脾内病毒滴度最高;可从肝、肾和肾上腺分离到病毒。
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肺重度充血和实变,深红色小叶斑驳水肿、肺不张和坏死,纤维蛋白性胸膜炎和内脏胸膜多灶性白色斑块样增厚,胃肠道病灶;支气管肺炎、肺水肿、坏死性血管炎;气管炎、喉炎和纵隔炎;坏死性淋巴结炎;巨噬和中性粒细胞浸润脾炎;扁桃体炎、胸腺炎;上皮肿胀、坏死、溃疡、增生和胞质包涵体;坏死性涎腺炎;消化系统粘膜坏死、糜烂或溃疡;阴道炎、卵巢炎、子宫炎、附睾炎和睾丸炎;弥漫性肿大肝细胞病灶。
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6~7 d 皮疹、黏膜损伤、轻度厌食、发烧、咳嗽和鼻涕,白细胞增多;腹部、胸部、腹股沟、会阴和面部皮疹;口腔病变或溃疡;8 d 呼吸困难;9~17 d 死亡。
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狨猴
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每只≥ 48PFU,静脉注射
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3 d 出现明显的病毒血症;上皮细胞、肝、粘膜和淋巴结内可检测到病毒。
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白细胞增多,血小板减少;外周淋巴结增大呈深红色;皮下水肿;肝肿大和弥漫性苍白;肺叶扁平白色/ 棕褐色病灶;淋巴结淋巴细胞耗竭;肝细胞变性或消失,嗜酸性胞浆内包涵体;骨髓白细胞前体减少并坏死;轻度上皮增生伴空泡变性和多合胞体细胞,及水泡性和出血性皮炎伴坏死;肾上腺轻度空泡变性到坏死和出血;肺、心脏、胃肠道、泌尿生殖系统和脑膜出血和水肿。 |
嗜睡、活动减少;面部、下巴、胸部、腹部、腋窝和腹股沟出现红斑性皮疹;部分动物全身出血;淋巴结病;大多数动物死亡。 |
啮齿类 动物
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土拨鼠 |
每只105.1PFU,腹腔注射
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5~6 d 咽部和血液可检测到病毒;病毒滴度在肝、脾内最高,肾、肺内较低。 |
脂肪组织多灶性坏死,血管炎,成纤维细胞增生、巨噬和其它炎细胞浸润;脾中度至重度坏死;肝小叶坏死,炎细胞浸润,病毒抗原阳性包涵体;肺间隔轻度至重度增宽,单核细胞浸润。 |
4 d 嗜睡和厌食;8~11 d 死亡;皮肤和黏膜未见损伤。 |
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每只105.1PFU,滴鼻感染
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咽部最早检测到病毒,随后是血液;肝、脾、肾和心脏内可检测到少量病毒。
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无明显肝或脾病变或坏死,观察到大量病毒阳性包涵体;脂肪组织和骨骼肌炎症及坏死,成纤维细胞和巨噬细胞增生;淋巴结和胸腺的淋巴坏死,炎细胞浸润;肺水肿、出血和坏死。
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4 d 嗜睡和厌食;部分动物11 ~ 14d 死亡;唇和舌部水泡,鼻塞和脓性鼻涕。
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每只105.1PFU,皮内注射
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病毒DNA 最初可在血液检测到,9 ~ 15 d咽、鼻、结膜和肛拭子检测到病毒DNA,可分离到活病毒;病变部位、心、肺、肝、脾、肾、皮肤、淋巴结、脑可检测到病毒DNA。
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未检测
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6 ~ 12 d 头部、四肢和躯干出现典型的黄斑、水泡和脓疱; 部分动物死亡。 |
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地松鼠
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每只105.1PFU,腹腔注射
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3 d 后血液内检测到病毒;病毒滴度在肝、脾内最高,肾、肺内较高,心、脑内最低。 |
肝细胞变性或坏死,细胞质中可见包涵体;脾中度至明显的坏死,包括白髓淋巴细胞核破裂,红髓中纤维蛋白样坏死、充血和内皮细胞肿胀、碎裂;肺间隔多灶性增宽或实变。 |
4或5d 嗜睡和厌食,5 ~ 7 d 死亡,未见皮肤损伤、呼吸窘迫或其它症状。 |
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每只105.1PFU,滴鼻感染
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2~4 d 咽拭子可检测到病毒;病毒滴度在肝、脾内最高,肾、肺内较高, 心、脑内最低。 |
肝多灶性脂肪变性,弥漫性细胞坏死,细胞质可见包涵体;脾中度至重度坏死;肺实变和间质性肺炎;淋巴结局灶性坏死。 |
4 或5 d 嗜睡和厌食;2 d 开始死亡;未见皮肤损伤、呼吸窘迫或其它症状。 |
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绳松鼠
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每只106 PFU, 皮内注射
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大部分动物可检测到病毒血症;皮肤和口腔病变部位病毒含量最高;舌部、胃、肺、颌下淋巴结、脾和唾液内可检测到病毒;11~13 d 口腔排毒。 |
皮肤皮增生和坏死,基底层和深层棘层上皮内脓疱和血管周围多发性淋巴浆细胞炎症,表皮海绵状增生、棘皮病、棘皮松懈和偶尔细胞坏死,导致溃疡;口腔上皮增生、细胞水肿、坏死和溃疡,以及相邻粘膜下层混合炎症,散在嗜酸性胞浆内包涵体;轻度淋巴浆细胞性间质性肺炎,支气管周围相关淋巴组织增生,肺泡隔轻度增厚,水肿和巨噬细胞浸润;肾小管变性以及皮质和肾盂血管周围淋巴和浆细胞炎;多灶性淋巴和浆细胞性心包炎、心肌炎和心内膜炎,心房血管周围淋巴浆细胞浸润。 |
6 d 皮肤和口腔明显的痘样病变和鼻涕,皮肤丘疹发展到脓疱, 再结痂,50%死亡率。
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每只106 PFU, 滴鼻感染 |
大部分动物可检测到病毒血症;唇部和舌部病毒含量最高;肺、膀胱、颌下淋巴结、脾、唾液和脑部可检测到病毒;11 ~ 13 d口部排毒 |
浅表皮肤中性粒细胞和巨噬细胞浸润,血管反应性内皮细胞和血管壁水肿、纤维蛋白和急性炎症浸润;中度至重度肺泡组织细胞增多症,伴大量多核巨细胞;轻度淋巴浆细胞性间质性肺炎,支气管周围相关淋巴组织增生,肺泡隔轻度增厚,水肿和巨噬细胞浸润;肾小管变性以及皮质和肾盂血管周围淋巴和浆细胞炎症;多灶性淋巴和浆细胞性心包炎、心肌炎和心内膜炎,心房血管周围淋巴浆细胞浸润;淋巴细胞性胃炎和食管炎。 |
6 d 部分动物眼部病变,8 d 口腔病变,9 d 呼吸频率和鼻涕增加,11 ~13 d 痘病毒型皮肤病变, 死亡率75%。
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冈比亚袋鼠
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每只106 PFU, 皮内注射
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7 d 在眼、鼻、口和皮肤内检测到病毒,8 ~14 d 达高峰并排毒,21 d 消失; 唾液腺、肺、小肠、睾丸、卵巢、脑、皮肤、舌和腹股沟淋巴结病毒较高。 |
未检测
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嗜睡、厌食、体重减轻,大量皮肤损伤、口腔内出现水泡。
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每只106 PFU, 滴鼻感染
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在鼻腔、口腔、颈部浅表淋巴结和皮肤检测到病毒,8~ 14 d 达高峰并排毒,21 d 后消失;肺、脾、食管和肾病毒核酸阳性,但未分离到活病毒。 |
未检测
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未见皮肤或口腔病变。
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睡鼠
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每只1.4×104PFU, 足垫注射 |
/ |
未检测 |
7 ~ 10 d 死亡率92%。 |
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每只2×104PFU, 滴鼻感染 |
2 d 在鼻腔、脾、肝、肺和血液中检测到病毒,肝内最高;肺内病毒来自病毒血症或淋巴结。 |
消化道出血、肝肿大和淋巴结病。鼻炎,颌下淋巴结、脾和胸腺的淋巴结坏死,肝细胞坏死,肺、胃和小肠出血,间或鼻腔、胆囊和大脑出血,鼻黏膜上皮细胞可见合胞体细胞,肝、脾和鼻黏膜可见胞浆内病毒包涵体。 |
剂量大于200PFU 时致死率达到100%,3 d 后脱水和结膜炎。 |
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成年BALB/c 小鼠 |
每只105 PFU, 灌胃感染
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病毒一过性的在腹腔内器官中原位复制,偶尔可感染腋窝淋巴结。 |
未检测
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5 d 竖毛、厌食和活动度下降,10 d后可康复。 |
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成年SCID 小鼠 |
每只105 PFU, 灌胃感染
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病毒可在卵巢、肠肌壁和足部皮肤中检测到;肺、心、肝、肾和胰腺中也存在少量病毒。 |
卵巢严重坏死,卵巢壁中性粒细胞和巨噬细胞浸润;肠浆膜轻度增生,伴随下层平滑肌坏死;皮肤过度角化、棘皮病和炎症,嗜酸性细胞质内病毒包涵体;皮内大疱水肿、散在碎片、上皮呈气球样变性。 |
5 d 后竖毛、厌食和活动度下降,9d 内死亡。
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ICR 小鼠
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每只103.8 ~105 PFU, 滴鼻感染 |
2 d 血液、鼻腔、肺、脾和十二指肠可检测到病毒; 5 d 脑、气管、肝、肾和血清内检测到病毒,肺和鼻腔病毒滴度最高;7 d 脑和肝病毒急剧增加;9 d病毒滴度下降。
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肺和气管呈局部或弥散性肺间隔增宽、水肿,毛细血管渗出;电镜可见气管和支气管上皮细胞损坏,细胞核变形,上皮细胞、粘膜固有层结蹄组织和下层血管内皮细胞可见病毒颗粒;气管和支气管粘膜的坏死蔓延至固有层;粘膜及下层毛细血管内皮细胞核浓缩凋亡,可见病毒颗粒。
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7~13 d 出现化脓性结膜炎、眼睑炎和竖毛。 |
兔 |
成年兔 |
每只107PFU, 静脉注射
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感染初期可从血液中分离到病毒,7 d 后可从淋巴结和肾分离到病毒,部分动物睾丸可分离到病毒。 |
未检测
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发热、结膜炎、鼻炎,5 ~ 6 d 皮疹,发展为脓疱,甚至出血,极少数动物死亡(1/12)。 |
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10 日龄兔 |
每只106 ~107 PFU,经口感染 |
可从血液、肺、肝、肾和脾内分离到病毒。 |
未检测
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4~6 d 皮疹、厌食和腹泻,继发化脓性结膜炎和鼻炎,皮疹扩散至全身,体重下降,4~14 d内死亡。 |
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每只106 ~107 PFU,滴 鼻感染 |
未检测 |
未检测
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厌食和体重下降,4~5 d 内死亡,但未出现皮疹。 |
有关猴痘动物模型的比较医学研究和应用信息请参考原文。
参考
刘江宁. 猴痘病毒感染动物模型研究及应用进展[J]. 中国比较医学杂志,2022,32(6):137~147.