病原特异性受体转基因小鼠
一些病原微生物感染人类的物种特异性主要表现在其受体特异性方面,只要病原微生物突破特异性受体限制,在新宿主细胞内的复制和分泌就可以完成。建立的转基因小鼠可为以后的研究工作提供合适的模型动物。
1.脊髓灰质炎病毒受体转基因小鼠 1990年,发现了人类脊髓灰质炎病毒的特异性受体CD155,Racaniello和Nomoto的实验室分别建立了CD155转基因小鼠,并且进行脑内攻毒实验,被感染小鼠出现了类似人类瘫痪的症状。这是历史上第一个将人类病毒特异性受体转入小鼠体内成功制作了感染的转基因小鼠模型,利用此模型的研究发现:脊髓灰质炎病毒可以延轴突逆向运输进入中枢系统,神经元上特异性受体的密度是决定病毒导致麻痹的关键因素,而病毒的内部核糖进入位点可调控神经病变进程。1999年,科学家又利用此模型发现主要组织相容性复合物Ⅰ类基因所在的抗原呈递细胞即可作为病毒感染的靶向细胞也可以提呈病毒抗原来活化杀伤性T淋巴细胞。人类感染脊髓灰质炎病毒通常经消化道途径感染,但却无法以口服途径感染表达人类脊髓灰质炎病毒的特异性受体CD155的转基因小鼠,研究表明消化道细胞中CD155的表达水平与转基因小鼠经口服途径无法感染病毒无关。消化道途径感染的脊髓灰质炎病毒可能通过消化道细胞中其他受体或者CD155受体及辅助因子帮助才可以感染。
2.严重急性呼吸综合症-冠状病毒受体转基因小鼠 严重急性呼吸综合征-冠状病毒(SARS-CoV)是一种新型冠状病毒,被认为是2003年爆发的严重急性呼吸综合征的元凶。针对SARS-CoV感染的包括灵长类动物在内的多种模型已经被建立,但是与感染SARS病毒的人类相比存在诸多差异。
在2003年,哈佛大学Farzan研究小组发现ACE2蛋白是SARS-CoV的功能受体,Peters研究小组则制备了在不同表达水平的人ACE2的转基因鼠,其中AC70转基因鼠系在鼻腔感染SARS-CoV后表现了体重减轻等临床症状,8d内死亡率达100%,但动物未出现弥散性的肺泡损伤。这种高死亡率的模型可用于研究SARS的发病机制。秦川等不同的小组各自报道了在呼吸道等上皮细胞表达ACE2转基因小鼠在感染SARS-CoV后肺内出现肥大细胞、淋巴细胞浸润、前炎症细胞因子增高以及动物死亡。
3.麻疹病毒受体转基因小鼠 对于麻疹病毒虽然有了有效的疫苗控制其传播,但是在发展中国家疾病的死亡率仍然达100万人/年,这主要由于免疫抑制导致的急性感染机会的增加,更大的危害在于感染麻疹引发致死性中枢神经系统疾病,包括亚急性硬化性全脑炎。 CD46是最早被确定的麻疹病毒特异性受体,麻疹病毒可以有效地感染神经特异性启动子控制下表达的CD46转基因小鼠,并使转基因小鼠表现出类似人类亚急性硬化性全脑炎症状。该小鼠感染和表现中枢神经系统性疾病呈现年龄依赖性,新生小鼠易感,同时表现出T细胞浸润,MHC表达失控,神经胶质增多症等等。新生小鼠表现出强烈的免疫反应而且无法控制病毒的复制,但是成年小鼠对于病毒感染具有抵抗性。该小鼠与免疫缺陷小鼠杂交的小鼠模型可以用于阐明哪些亚类淋巴细胞对成年小鼠感染的保护机制起了决定作用。
用酵母人工染色体转基因可以完整表达CD46,建立了YAC-CD46转基因小鼠,该小鼠免疫系统正常,脑内感染麻疹病毒只限定于神经元细胞,从静脉注射途径和腹膜注射途径感染可以从淋巴细胞中检出病毒,但病毒载量较低,可能是啮齿类动物细胞与人类细胞的遗传差距造成的。该模型缺乏麻疹病毒感染所表现的临床症状。
4.李斯特杆菌人类特异性受体转基因小鼠 李斯特杆菌是人类感染死亡率超过30%的一种革兰阳性菌。其感染可以造成严重的肠炎和中枢神经系统疾病,并且可以进行母婴传播。小鼠中,静脉注射感染李斯特杆菌是剂量依赖致死的。但是消化道途径感染李斯特杆菌往往难以诱发疾病。人类的E黏素是促进李斯特杆菌进入细胞的关键,但是小鼠的E黏素无法起到相同作用。通过基因打靶将小鼠E黏素基因第16位氨基酸由甘氨酸定向改变为脯氨酸建立了基因工程小鼠,在该小鼠中E黏素基因与人类相同。李斯特杆菌感染该小鼠可通过血脑屏障和胎盘屏障,具备了和人类感染相近的小鼠模型。
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