猴痘病毒感染动物模型研究及应用进展

刘江宁

(中国医学科学院医学实验动物研究所,北京协和医学院比较医学中心,北京 100021)

2022 年5 月,世界上多个国家发生人感染猴痘病毒(Monkeypox)病例,确诊和疑似病例在1 个月内超过百例,患者主要来自欧洲和美洲[1-2]。 同年5月21 日,世界卫生组织(WHO)发布猴痘病毒疫情爆发预警。 猴痘病毒最早发现于1958 年,猴痘病毒感染人病例最早于1970 年发现于刚果[3],通常在西非和中非国家出现猴痘散发病例,病例通过直接接触感染动物的血液、体液、皮肤或粘膜损伤而被病毒感染。 因密切接触感染者的呼吸道分泌物、皮肤损伤或病人污染物可导致人际间的二次传播[4]。猴痘主要症状为发热、头痛、肌肉疼痛,典型特征为不同程度的皮疹。 猴痘通常是一种自限性疾病,持续14～21 d 多可自愈。 猴痘病毒主要包括西非和刚果盆地两个分支,其中西非分支的致死率约1%,刚果盆地分支的致死率约10%,儿童、青年和免疫缺陷者感染后致死率较高[4]。

猴痘病毒属于痘病毒科(Poxviridae),痘病毒为病毒颗粒最大的一类DNA 双链线性病毒,病毒颗粒呈砖形或椭圆形,大小为200～400 nm,病毒在感染细胞的细胞质中复制。 痘病毒科包括两个病毒亚科:脊椎动物痘病毒亚科(Chordopoxvirinae)和昆虫痘病毒亚科(Entomopoxvirinae)。 脊椎动物痘病毒亚科包含9 个属:正痘病毒属(Orthopoxvirus)、副痘病毒属(Parapoxvirus)、猪痘病毒属(Suipoxvirus)、山羊痘病毒属 (Capripoxvirus)、 鹿痘病毒属(Cervidopoxvirus)、兔痘病毒属(Leporipoxvirus)、鸡痘病毒属(Avipoxvirus)、雅塔痘病毒属(Yatapoxvirus)和软疣病毒属(Molluscipoxvirus),猴痘病毒、牛痘病毒(Cowpoxvirus)与著名的天花病毒(Smallpox)同属于正痘病毒属。 其中,可导致人类疾病的主要是正痘病毒和副痘病毒,包括天花病毒、猴痘病毒、牛痘病毒、骆驼痘病毒(Camelpox virus) 和痘苗病毒(Vaccinia virus)[5]。 由于亲缘关系相近,接种天花疫苗可有效抵抗猴痘病毒感染[6],但自1980 年停止接种天花疫苗后,猴痘病毒感染病例呈上升趋势[7-8]。

动物模型是研究传染病的病原学、免疫学和病理学机制的工具,也是评价疫苗、抗体和药物有效性的工具,基于动物模型开展传染病基础研究和防治策略转化是控制疫情扩散和临床救治的基础。传染病动物模型构建的主要难点是非人兽共患病的人类病原的宿主范围窄,导致人类病原对大部分动物的嗜性较差,表现为动物对病原感染不敏感,病原难以在动物体内复制并引发病理损伤。 对于猴痘动物模型研制来说,幸运的是,据报道多种动物对猴痘病毒敏感,包括松鼠、树松鼠、跳鼠、冈比亚袋鼠、负鼠、刺猬、土拨鼠、睡鼠、豪猪、家猪、食蚁兽、象鼩,以及各种非人灵长类动物如恒河猴与食蟹猴等[8-9],为猴痘动物模型的研制带来了便利,而豚鼠和金黄地鼠等则对猴痘病毒敏感性较差。 本文将综述猴痘病毒感染不同物种动物模型的研究进展,并比较不同动物模型的病原学和病理学特征,以及动物模型的应用情况。

1 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4 d 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[10]。孕妇感染后易流产和出现更严重的疾病[11]。 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[12]。 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[13-14],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[15]。 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[16]。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[17]。

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[18]。 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。

2.1 非人灵长类动物模型

2.1.1 食蟹猴模型

最具有猴痘特征的是静脉感染食蟹猴(Macaca fascicularis)为代表的非人灵长类动物模型[19]。 但是,静脉感染方式绕过了潜伏期和原发性病毒血症阶段,人工导致了继发性病毒血症,直接导致主要器官和皮肤感染病毒。 而在临床上,猴痘病毒被普遍认为是通过密切接触或吸入液滴。 由于静脉感染途径不同于临床感染途径,且没有潜伏期,不适用于评价抗气溶胶暴露感染的疫苗和药物[20]。 Goff等[20]与Zaucha 等[21]先后采用气溶胶感染途径,建立了猴痘病毒感染食蟹猴模型。 动物感染后出现皮肤和黏膜损伤、轻度厌食、发热、咳嗽和流鼻涕症状,随后出现呼吸困难,9～17 d 死亡。 感染动物的肺、脾内病毒滴度最高,同时可从肝、肾和肾上腺内分离到病毒。 动物尸检均见肺重、充血和实变,出现深红色的小叶斑驳水肿、肺失张和坏死,偶尔可见纤维蛋白性胸膜炎和内脏胸膜多灶性白色斑块样增厚,组织病理学表现为支气管肺炎、肺水肿、坏死性血管炎,可观察到坏死性淋巴结炎和淋巴滤泡坏死,巨噬细胞和中性粒细胞浸润的脾炎,上皮细胞肿胀、坏死、溃疡和增生,可见胞质包涵体。 此外,可观察到胃肠道、气管、喉部、纵膈、扁桃体、胸腺、生殖系统和肝的病变(见表1)。 食蟹猴模型的特点是可模拟临床症状,但静脉感染对病毒剂量要求高,且与自然感染途径不吻合,气溶胶感染模型较好的解决了该问题,适合于阻断型疫苗和药物的评价。

2.1.2 狨猴模型

食蟹猴模型对猴痘病毒的感染剂量要求高,研究报道中使用的感染剂量一般超过每只104PFU,甚至达到每只106PFU[20],如此高的感染剂量不同于自然感染方式。 Mucker 等[22]发现狨猴(Callithrix jacchus)对猴痘病毒十分敏感,分别采用不同剂量的猴痘病毒静脉注射感染狨猴后,发现接种超过48 PFU 即可导致部分动物死亡,而超过510 PFU 可导致动物全部死亡。 动物感染后出现嗜睡、活动度下降和皮肤红斑等症状,部分动物全身出血,并出现淋巴结病。 动物感染后3 d 出现明显的病毒血症,上皮细胞、肝、粘膜和淋巴结可检测到病毒。 尸检可见外周淋巴结增大并呈深红色、皮下水肿、肝和肺病变,以及膀胱、睾丸、肾、胃、结肠和结膜等出血,多个组织可见广泛的巨噬细胞浸润(见表1)。狨猴模型与睡鼠模型类似,均出现了严重的出血症状,与出血型天花类似。 狨猴模型的特点是对猴痘病毒十分敏感,低剂量致死,且可出现出血症状,适合于研究感染机制和重症机制。

2.2 啮齿类动物模型

2.2.1 土拨鼠模型

土拨鼠(Cynomysludovicianus)被认为是2003年美国人感染猴痘病毒疫情的中间宿主[18],由于其对猴痘病毒的易感性,被不同的研究团队用于构建动物模型。 Xiao 等[23]分别通过滴鼻和腹腔注射两种途径,对土拨鼠感染西非分支的猴痘病毒,感染4 d 后动物出现嗜睡和厌食症状,唇部和舌部出现水泡,伴随鼻塞和脓性鼻涕,并在8～14 d 内死亡,其中滴鼻感染动物存活时间较长。 感染5～6 d 后咽部和血液可检测到病毒,肝和脾内病毒滴度最高,肾和肺内较低,滴鼻感染动物的病毒滴度相对较低。 尸检可见肺水肿、出血和坏死,滴鼻感染动物肺部病变相对严重,腹腔注射感染动物脾呈中度至重度坏死和肝小叶坏死,脂肪组织呈多灶性坏死(见表1)。

Hutson 等[24]通过滴鼻和皮内注射两种途径,分别对土拨鼠感染西非分支和刚果盆地分支的猴痘病毒,6～12 d 后,动物头部、四肢和躯干出现典型的黄斑、水泡和脓疱,部分动物死亡。 血液、口、鼻和眼部分泌物、粪便中可检测到病毒,除血液外,上述样品均可分离到病毒。 尸检时病变部位、心、肺、肝、脾、肾、皮肤、淋巴结和脑内可检测到病毒,但未进行组织病理学观察。 在该模型中,动物在囊泡和脓疱病变、口腔病变、呼吸道症状、嗜睡和厌食等方面与人感染猴痘病毒症状相似。 此外,猴痘病毒与天花病毒的典型区别之一是前者感染会导致淋巴结病,土拨鼠模型虽然未出现淋巴结病,但可在淋巴结中检测到猴痘病毒(见表1)。

土拨鼠模型的特点是可出现典型的猴痘症状,且高剂量排毒,适用于发病机制和病毒传播研究。

2.2.2 松鼠模型

松鼠是猴痘病毒的敏感物种之一[9]。Marennikova 等[25]和Hutson 等[26]分别采用滴鼻、经口和皮肤划痕等方式对成年普通松鼠(Sciurus vulgaris)感染猴痘病毒。 滴鼻和经口感染的动物疾病进程快于皮肤划痕感染动物,症状包括发热、活动度下降、厌食、鼻炎、咳嗽和呼吸困难,7～8 d 后死亡率达100%,但动物未出现皮肤病变。

Tesh 等[27]应 用 地 松 鼠 (Spermophilus tridecemlineatus)进行了猴痘病毒感染模型的探索研究。 腹腔注射或滴鼻感染后,动物均在4～5 d 出现嗜睡和厌食症状,并在5～7 d 内死亡,未见皮肤损伤、呼吸窘迫或其它症状。 感染3 d 后可在血液中检测到病毒,其中肝和脾内病毒滴度最高,肾和肺内其次,心和脑内最低。 组织病理学改变主要为肝细胞变性或坏死,细胞质中可见包涵体,脾出现中度至明显的坏死,肺实变和间质性肺炎,淋巴结局灶性坏死等(见表1)。 与土拨鼠模型相比,地松鼠感染后的存活时间更短,病变程度更重,提示其适用于研究人感染猴痘病毒重症的发病机制。

研究人员曾在刚果民主共和国发现1 只濒死的绳松鼠(Funisciurus sp.),在其体内分离到猴痘病毒[28]。 随后,在绳松鼠、太阳松鼠和非人灵长类动物血清内检测到病毒抗体,其中绳松鼠的血清阳性率最高[29],流行病学研究推测绳松鼠与几起人猴痘病毒疫情相关[30]。 因此,Falendysz 等[31]分别采用皮内注射和滴鼻途径对绳松鼠感染猴痘病毒,动物出现皮肤和口腔痘样病变和脓疱、鼻涕等症状,部分动物死亡。 大部分动物可检测到病毒血症,皮内注射可导致皮肤和口腔部位较高的病毒含量,而滴鼻感染后病毒主要分布于唇部和舌部,肺、脾和唾液腺可检测到病毒,动物口腔排毒。 组织病理学改变为上皮增生和坏死,皮内中性粒细胞和巨噬细胞浸润,肺水肿和间质性肺炎,肾、心脏和胃可见炎症(表1)。 绳松鼠模型表现出与感染途径无关的较强排毒能力,因此,绳松鼠有可能作为病毒的放大宿主,增加了猴痘病毒向人类更可能接触的其他物种动物传播的可能性,适用于病毒学和传播研究。

2.2.3 冈比亚袋鼠

2003 年,由于进口了几种啮齿类动物,猴痘病毒传播至美国,最初感染了圈养的北美土拨鼠,随后传播至人类,当时在环尾鼠(Hybomys sp.)、树松鼠(Heliosciurus sp.)、 冈比亚袋鼠(Cricetomys gambianus)、睡鼠(Graphiuruskelleni)、帚尾豪猪(Atherurus sp.)和绳松鼠(Funisciurus sp.)等6 种非洲啮齿类动物体内分离到了活病毒[18],其中,冈比亚袋鼠存在持续性病毒感染[32]。 Falendysz 等[33]使用冈比亚袋鼠进行了猴痘病毒滴鼻感染实验,动物无明显症状,而皮内注射感染后动物出现嗜睡、厌食和体重减轻等症状,并出现皮肤损伤和口腔水泡。 两种感染途径均可在眼、鼻、口和颈部浅表淋巴结检测到病毒,动物的口、鼻、肛和结膜部位排毒。 皮内注射感染可在唾液腺、肺、小肠、睾丸、卵巢、脑、皮肤、舌和腹股沟淋巴结中分离到滴度较高的病毒,颌下淋巴结和肾内含活病毒。 滴鼻感染后肺、脾、食管和肾内病毒核酸阳性,但未分离到活病毒(见表1)。 冈比亚袋鼠较强的排毒能力,提示其可能为潜在的猴痘病毒传播宿主,适用于病毒传播研究。 Huston 等[34]分别用西非分支和刚果盆地分支猴痘病毒经皮内注射感染冈比亚袋鼠,结果与前者研究结果一致,动物症状较轻,绝大多数动物存活,且排出大量活病毒,验证了其作为潜在传播动物的可能性。 遗憾的是,两个研究团队均没有观察动物组织病理学改变。

2.2.4 睡鼠模型

虽然土拨鼠和松鼠是较为理想的猴痘病毒感染动物模型,但由于这两种动物每年仅繁育1 胎,因此导致动物供应有限,部分实验用动物来自野外栖息地捕获,动物的微生物背景和健康状况难以控制。 睡鼠是产自非洲的一种体型与小鼠相似的啮齿类动物,也是2003 年非洲猴痘病毒传播至美国的疑似元凶之一[18]。 Schultz 等[35]使用非洲睡鼠建立了猴痘病毒感染模型,足垫注射感染后,动物在7～11 d 内死亡。 滴鼻感染剂量每只大于200 PFU 时致死率也达到100%,且动物感染3 d 后出现脱水和结膜炎症状,可在鼻腔灌洗液、脾、肝、肺和血液中检测到病毒,其中肝内病毒滴度最高。 尸检可见消化道出血、肝肿大和淋巴结病,组织病理学表现为鼻炎、淋巴结坏死、肝细胞坏死、多器官出血,多组织胞浆内可见病毒包涵体(见表1)。 猴痘病毒感染睡鼠模型的许多表现与天花病人类似,尤其是出血型的天花病。 出血型天花病人占比为10%,但死亡率接近100%[36],睡鼠模型的多器官出血特性使其适用于做为研究天花出血机制的参比模型,且由于睡鼠的繁育特点,以及对猴痘病毒的敏感性,可批量用于评价疫苗和药物的有效性。

2.2.5 小鼠模型

除上述特色的动物模型之外,Osorio 等[37]对猴痘病毒改造并引入荧光标记,随后通过灌胃感染BALB/c 小鼠和SCID 免疫缺陷小鼠,实时观察了病毒在小鼠体内的分布。 BALB/c 小鼠感染后,5 d 出现竖毛、厌食和或动物下降等症状,10 d 后恢复正常,可在腹腔内一过性的观察到病毒复制,偶尔可在腋窝淋巴结观察到病毒,BALB/c 小鼠仅表现为症状较轻的自限性感染。 SCID 小鼠感染后初期症状与BALB/c 小鼠相似,但在9 d 内死亡,可在卵巢、肠肌壁和足部皮肤观察到病毒,肺、心、肝、肾和胰腺中也可观测到病毒。 主要组织病理学表现为卵巢严重坏死、中性粒细胞和巨噬细胞浸润,皮肤过度角化、棘皮病和炎症,皮内大疱水肿和气球样变性(表1)。 免疫缺陷小鼠虽然感染后出现全身性疾病,并在多个组织和器官内检测到病毒,但是没有观察到类似于人和猴感染猴痘病毒后的皮疹症状,表明该模型在研究皮疹发生机制方面有所欠缺。 随后,Huston 等[38]分别采用西非分支和刚果盆地分支猴痘病毒,经足垫注射或滴鼻感染了BALB/c 小鼠和C57BL/6 小鼠,动物仅在6 d 后出现了一过性的竖毛、体重下降等症状,足垫注射组动物出现了注射部位水肿,无其它明显的疾病表现。 BALB/c 小鼠与C57BL/6 小鼠相比,对猴痘病毒感染更加敏感,表现为体重下降更明显。 Sergeev等[39]对ICR 小鼠经滴鼻感染了猴痘病毒,并与兔和小型猪做了致病力比较。 结果发现成年兔与小型猪对病毒感染不敏感,ICR 小鼠感染后7～13 d 内出现化脓性结膜炎、眼睑炎和竖毛等症状,随后逐渐康复。 2～9 d 为病毒复制高峰期,血液、鼻腔粘膜、肺、脾、十二指肠、脑、气管、肝和肾内均可检测到较高的病毒滴度,9 d 后病毒滴度逐渐下降。 主要组织病理变化发生在肺部和气管,表现为肺间隔增宽和水肿、毛细血管渗出。 电镜观察可见气管和支气管上皮细胞损坏、细胞核变形、血管内皮细胞凋亡等(表1)。 上述研究表明,免疫功能健全的成年小鼠对猴痘病毒敏感性低,不适用于病毒学、免疫学、病理学和药效学研究。

表1 猴痘病毒感染动物模型比较分析Table 1 Comparison analysis on different animal models of Monkey pox

续表1

续表1

虽然成年小鼠对猴痘病毒敏感性低,但研究发现感染结果可受动物日龄和接种途径的影响。Marennikova 等[9]发现成年小鼠颅内接种猴痘病毒的死亡率是100%,与此类似,乳鼠滴鼻感染猴痘病毒的死亡率也是100%。 8 日龄小鼠经足垫注射、腹腔注射和滴鼻接种猴痘病毒后,死亡率也可达100%,而皮内注射或灌胃感染的致死率分别为50%与40%。 随着小鼠日龄增长,对病毒敏感性下降,灌胃感染14 日龄小鼠的死亡率下降至14%。 但滴鼻感染15 日龄小鼠的死亡率依然为100%[9]。 同样,1 ～ 3 日龄大鼠滴鼻感染猴痘病毒死亡率达100%。 但是,低日龄大小鼠在评价药物和疫苗有效性方面存在操作和实验设计上的困难,且由于其免疫系统尚未发育完全,限制了其应用范围。

近年来随着技术发展,人源化小鼠成为研究传染病的有力模型。 Huston 等[40]应用NSG 小鼠分别进行人的外周血单核细胞、造血干细胞和胎肝的移植,研制了不同类型的人源化小鼠模型,随后对动物滴鼻接种天花病毒。 感染后部分动物出现了皮肤病变,主要症状为体重下降,高剂量组发生死亡。病理表现为多灶性合并肝坏死,皮肤呈表皮增生和过度角化,其它多个器官也可见病变。 与猴痘病毒较为广泛的宿主范围不同,天花病毒只感染人类,给天花动物模型构建带来困难,人源化小鼠模型是天花动物模型研制的一次成功尝试,也对研究猴痘病毒与人免疫系统互作有一定的借鉴意义。

2.3 兔模型

Sergeev 等[39]发现兔对滴鼻接种猴痘病毒不敏感。 但是,Marennikova 等[9]研究发现兔对猴痘病毒的敏感性与日龄和感染途径相关。

静脉接种猴痘病毒可导致成年兔发生急性疾病,出现发热、结膜炎和鼻炎,以及皮肤与粘膜部位广泛的皮疹。 皮疹在感染后5～6 d 出现,并从丘疹进展为脓疱,甚至出血,仅极少数动物死亡。 感染之初可从血液中分离到病毒,7 d 后可从部分淋巴结和肾分离到活病毒,甚至部分动物睾丸内也可分离到病毒[9]。 该研究表明静脉接种成年兔是较为成功的猴痘感染动物模型,但由于接种方式不同于自然感染途径,限制了其在病毒入侵机制研究方面的应用。

年幼兔对猴痘病毒更敏感。 10 日龄兔经口感染猴痘病毒后,4～6 d 出现症状,包括皮疹、食欲不振和腹泻,皮疹在耳朵内侧、鼻部和唇部出现,继发化脓性结膜炎和鼻炎,皮疹进而扩散至全身,体重下降并在4～14 d 内死亡。 可从感染动物的血液、肺、肝、肾和脾内分离到病毒。 10 日龄兔对滴鼻接种同样敏感,表现为厌食和体重下降,动物在4～5 d内死亡,但未出现皮疹[9]。 10 日龄兔模型可作为非人灵长类动物模型和土拨鼠模型等的补充,适用于病毒性核病理学研究,以及药物评价,但由于其日龄低、免疫系统尚未发育成熟,限制了其在免疫学研究和疫苗评价方面的应用。

3 猴痘动物模型的应用

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,本文主要介绍其在前四个方面的应用情况。

3.1 药物筛选与评价

在感染途径、感染剂量、病毒复制水平和症状等方面接近临床的动物模型可以用于药物评价,目前,土拨鼠、睡鼠、地松鼠和小鼠模型曾被用于评价猴痘药物。 Schultz 等[35]在构建猴痘病毒感染非洲睡鼠模型的基础上,用该模型评价了西多福韦(Cidofovirb)对猴痘的抗感染效果。 作者发现在感染前4 h 内给予一次西多福韦治疗,可将干预组动物的死亡率降低至19%,而安慰剂组的死亡率为100%。 Smith 等[41]应用土拨鼠模型评价了ST246对猴痘的治疗效果,对土拨鼠滴鼻接种猴痘病毒后,分别选择感染后0、3 d 或出现皮疹后3 个时间点,开始每日给予ST246 治疗,与安慰剂组相比,0 d和3 d 开始给药组动物未出现明显的疾病症状或死亡,而出现皮疹后给药组动物体重依然下降,症状与安慰剂组相似但是相对较轻,且病变很快恢复。但3 种治疗方式都未能阻止动物排毒。 在猴痘药物的动物模型评价方面,Huston 等[26]进行了较为系统的概括总结。

3.2 不同分支毒株致病力比较

根据临床表现、流行病学特征、地理位置和基因分型,猴痘病毒包含刚果盆地和西非两个分支。其中,刚果盆地分支感染致死率显著高于西非分支,可达到10%,且可以在人间传播,而西非分支感染症状相对温和,且少见人间传播的报道。 针对这一特性,研究人员在构建动物模型的过程中,经常会对两个分支的致病力进行比较研究,以期揭示导致症状差异的发病机制区别。 Saijo 等[42]使用食蟹猴模型比较了两个猴痘病毒分支的致病力,发现刚果盆地分支在感染动物的皮肤、淋巴结和网状内皮系统、生殖泌尿系统、呼吸系统和消化系统中广泛复制,而西非分支仅在皮肤、淋巴结和网状内皮系统中复制,表明刚果盆地分支在内脏器官中的复制效率远高于西非分支,且刚果盆地分支感染猴的肺受到严重影响,胃肠和生殖泌尿器官功能障碍,提示刚果盆地分支的食蟹猴毒力高于西非分支。

Huston 等[43]基于土拨鼠模型,比较了西非分支和刚果盆地分支的致病力,作者分别采用滴鼻和皮内注射两种途径,对动物分别接种西非分支和刚果盆地分支病毒,两种病毒感染后大体症状一致,但刚果盆地分支感染动物发热的比例较高、体重下降幅度较大、致死率高[24]。 在此基础上,作者进一步采用不同剂量病毒滴鼻接种土拨鼠,深入比较了两种分支病毒的致病力,发现刚果盆地分支的LD50比西非分支低近百倍。 与西非分支相比,刚果盆地分支感染动物口腔病毒滴度更高,排毒时间更长。 后续,作者基于土拨鼠模型深入比较了两个分支毒株感染动物的病毒学和病理学差异,发现可从刚果盆地分支感染动物的粘膜、口咽部淋巴结和脾中相对较早的分离到病毒,两个分支感染动物组织病理学差异不明显,但刚果盆地分支感染动物的脾内发生更多的细胞凋亡[44]。 这些研究表明,刚果盆地分支的体内复制效率高于西非分支,但毒力差异的病理学机制还有待深入研究。

3.3 病毒传播研究

2003 年猴痘病毒自非洲传播至美国,其途径首先是非洲啮齿类动物将病毒传播至美国的土拨鼠,土拨鼠再将病毒传播至人,从而爆发猴痘疫情[18]。不同于其它动物,土拨鼠是常见的宠物,分布在家庭、宠物店和公园等环境中,猴痘病毒在土拨鼠间的传播风险值得关注。 因此,Huston 等[45]使用土拨鼠模型,对土拨鼠滴鼻接种猴痘病毒后,采用3 种策略评估了传播风险。 第一种策略为间接接触,将未感染动物置于感染动物生活过的笼具和垫料中;第二种策略为密切接触,将未感染动物与感染动物合笼饲养;第三种策略为呼吸道传播,未感染动物与感染动物饲养在1 英寸间隔且带有通风孔的生物安全柜内,气流单向从感染动物向未感染动物流动,允许呼吸道飞沫传播或空气传播。 间接接触组的3只未感染动物暴露后均被感染,可从口腔内检测到病毒DNA,后续在血液中检测到病毒DNA,动物感染后体重下降,出现腹泻和口腔病变;直接接触组的3 只未感染动物暴露后均被感染,可从口腔内检测到病毒DNA,动物腹泻和口腔病变较为严重。 呼吸道传播组的未感染动物出现眼部感染,可在眼部和口腔分离到病毒,腹部和腿部出现病变,体重下降。 暴露后濒死动物的舌部、脾、皮肤和病变部位都分离到了活病毒,且肝功指标显著提高,提示出现了严重的肝疾病。

3.4 疫苗保护效果评价

天花病毒、猴痘病毒和牛痘病毒均属于痘病毒科的正痘病毒属,研究认为天花疫苗可对猴痘病毒感染提供保护[6]。 1977 年以后未发生过天花病毒自然感染病例,1980 年WHO 宣布在全球范围内成功消灭了天花,随后,停止了广泛的天花疫苗接种,此后出生的人群(儿童和青年)缺乏对天花病毒和猴痘病毒的免疫力[6]。 Schultz 等[35]用非洲睡鼠模型研究了天花疫苗对猴痘病毒感染的保护效果,发现对动物接种一次疫苗,4 周后再进行猴痘病毒感染时存活率为100%,而安慰剂对照组动物死亡率为100%。 传统的天花疫苗和第二代疫苗接种依赖于病毒的复制,此类疫苗虽然效果较好,但存在一定的副反应。 第三代疫苗是复制缺陷型的减毒疫苗,但由于天花已经被消灭,无法通过III 期临床试验来证实其有效性,Hatch 等[46]用食蟹猴模型评价了第三代天花疫苗对猴痘病毒感染的有效性,从而评估其对天花病毒的有效性,实验证实单次接种第三代疫苗不能完全避免严重/致死性的感染,而加强接种则可有效保护动物。