新型冠状病毒导致的肺炎（COVID-2019）自2020年初爆发以来，全球感染人数超过7万，死亡病例超过2千人。而理想的动物模型是阐明疾病病理机制、研发抗病毒药物和开发疫苗的重要工具，本文介绍动物模型在另外两个冠状病毒（非典病毒SARS-CoV和中东呼吸综合征病毒MERS-CoV）中的应用，希望对于新冠病毒动物模型的选择有所帮助。
一、非典和中东呼吸综合征简介
2003年出现的非典导致8000多人感染，死亡率约为10％；2012年出现的中东呼吸综合征导致800多人感染，死亡率约为40％。MERS-CoV倾向于感染中年男性，而SARS-CoV容易感染老年人群。SARS-CoV的刺突蛋白与宿主细胞表面的血管紧张素-转换酶2（ACE2）结合，而MERS-CoV的刺突蛋白与宿主细胞表面的二肽水解酶4（DPP4）结合。
人类感染SARS-CoV和MERS-CoV冠状病毒出现的症状包括发烧、肌肉酸痛、干咳、气促和呼吸困难等。几乎所有患者的胸片都有异常，其中非典病人多呈斑片状或网状改变。而确诊需通过病毒分离、聚合酶链反应（PCR）或者病毒抗体检测。SARS尸检发现肺泡细胞破坏、透明膜形成，间质炎性浸润和肺泡出血等病理改变；同时通过免疫组化在肺部可以检测到病毒抗原。
二、非人灵长类动物模型
SARS-CoV可以感染猕猴、食蟹猕猴和非洲绿猴。不同物种产生的临床表现、病毒复制和病理特征有所不同。虽然每个物种都有感染SARS-CoV出现肺炎的报道，但不同非人灵长类动物中得到的结果差异较大，可能的原因包括遗传背景、实验方法（病毒感染途径或剂量）的不同。Greenough等在感染了SARS-CoV的普通狨猴（Commonmarmoset）中出现发烧、腹泻、肝炎等表现。
感染MERS-CoV的猕猴和普通狨猴的结果不一样，猕猴表现出短暂的肺部感染；胸部X光片显示局部浸润和断裂纹理；病毒在末端细支气管周围的肺细胞复制，利用免疫组化在肺泡肺细胞监测到病毒抗原。而普通狨猴感染MERS-CoV后症状要严重的多，其病毒滴度高出猕猴一千多倍。
三、小鼠
利用鼻腔感染的途径，科学家在多个年轻的近交系小鼠品系（BALB/c、C57BL6和129S）中观察到SARS-CoV的复制，但是这些感染的小鼠并未出现相应的疾病临床表现。有意思的是，与感染SARS-CoV的人群一样，年龄似乎在小鼠疾病易感性中起到重要作用。12个月大的BALB/c小鼠感染SARS-CoV之后出现较严重的症状，包括体重减轻、皮毛起皱和脱水。组织病理学显示小鼠出现间质性肺炎以及弥漫性肺泡损伤，在肺中也能检测到病毒抗原。
科学家采用两种方法来增强年轻小鼠感染SARS-CoV的临床表现：（1）表达人源ACE2（hACE2）；（2）通过多次连续培养病毒以获得适应小鼠的SARS-CoV。McCray等制备了在上皮细胞特异性启动子K18调控下的hACE2转基因小鼠，感染SARS-CoV后导致小鼠死亡。值得注意的是，K18-hACE2小鼠感染SARS-CoV出现了非典病人没有的中枢神经系统疾病。Tseng等构建了广谱表达hACE2的转基因小鼠，SARS病毒可以在这些小鼠中大量复制，并出现一些相应的临床表现和组织损伤，其中一个小鼠品系出现致死的表型。
通过在小鼠呼吸道中连续培养，科学家获得了三种适应小鼠的SARS-CoV病毒株（MA15、MA20和v16）。这些适用小鼠的SARS-CoV感染小鼠后，在小鼠肺中高滴度复制，并且导致相应的病理变化，以及扩散到到肺部以外，甚至导致小鼠死亡。这些表型与重症非典病例相似。老年小鼠感染MA15病毒会产生与人类急性呼吸窘迫综合征特别相似的表型。
Li等通过在hDPP4基因敲入小鼠的肺细胞中连续培养MERS病毒30代，得到了适应小鼠的MERS-CoV，感染小鼠病毒滴度可以高出原始病毒100倍，导致hDPP4基因敲入小鼠体重减轻，甚至死亡。在气道上皮，肺细胞和巨噬细胞中观察到病毒抗原，病理结果包括肺泡弥漫性肺泡损伤和透明膜形成，并发现活化的炎性单核巨噬细胞和中性粒细胞在肺中积累。
四、仓鼠
SARS-CoV感染黄金仓鼠（叙利亚仓鼠）后可以复制得到高滴度病毒，并且出现肺部病理表型。黄金仓鼠鼻内接种SARS-CoV后，三天后可以在上下呼吸道中观察到病毒复制高峰，感染7-10天后病毒被清除。病毒复制伴随着明显的肺部组织病理学改变，包括间质性炎症，肺炎和肺实变，并且出现运动能力下降。
五、雪貂
雪貂常被用作研究感染人类的呼吸道病毒。Martina等发现感染SARS-CoV的雪貂有相应的临床表现，上呼吸道中的高滴度病毒与发烧和打喷嚏有关，病理学改变包括以淋巴组织支气管吞噬为特征的肺肺炎。
六、携带人源化肺的免疫缺陷小鼠
Wahl等开发了一种新的人源化小鼠，他们将人类肺组织（包含多达40种细胞类型）植入免疫缺陷小鼠，发展成高度血管化的肺植入物，结果发现MERS-CoV、寨卡病毒等病原体可以在这些肺植入物中复制。
七、小结
科学家围绕SARS-CoV和MERS-CoV开展了一系列动物模型的研究，比较遗憾的是，我国科学家在这方面的工作比较罕见。
考虑到ACE2也是新冠病毒的受体，所以现有的hACE2转基因小鼠和基因敲入小鼠可以作为新冠病毒研究的动物模型，在此基础上，进一步开发适应小鼠的新冠病毒，这样得到的病毒-小鼠组合可为病理机制研究及药物和疫苗开发作出重要贡献。
八、主要参考文献
1.GretebeckandSubbarao,CurrentOpinioninVirology2015,13:123–129.
2.Wahletal,NatBiotechnol.2019,37(10):1163–1173.
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