前言
艾滋病(acquired immunodeficiency syndrome,AIDS)在1981年首次發(fā)現(xiàn)于美國(guó)，隨后確定其病原體為人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),HIV展于反轉(zhuǎn)錄病毒屬成員，是一種感染人類免疫系統(tǒng)細(xì)胞的慢病毒。病毒基因組由兩條相同的正鏈RNA組成，全長(zhǎng)9.8kb，分別編碼Gag、Pol,Env結(jié)構(gòu)蛋白及Tat、Rev、Vpu、Vpr、Vif、Nef等輔助蛋白。HIV有兩種血清型，分別是HIV-1和HTV-2，最常見的為HIV-1感染。HIV傳播途徑主要包括性傳播、血液傳播和母嬰傳播等途徑進(jìn)行傳播，感染后主要侵犯免疫細(xì)胞，包括T細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等。細(xì)胞表面表達(dá)的CD4分子是HIV受體，HIV囊膜糖蛋白gp120與細(xì)胞膜上CD4分子結(jié)合后可導(dǎo)致感染的發(fā)生，AIDS患者臨床表現(xiàn)以CD4+T淋巴細(xì)胞進(jìn)行性減少和免疫缺陷為特征，常伴有實(shí)質(zhì)器官（腦、淋巴結(jié)和肺等）的炎性疾病、神經(jīng)障礙和惡性腫瘤。自HIV被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家們即開始AIDS動(dòng)物模型的研究工作，小鼠、兔及非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物都曾用于AIDS動(dòng)物模型的研究。根據(jù)動(dòng)物對(duì)HIV的敏感性及造模方法，AIDS動(dòng)物模型分為非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型、轉(zhuǎn)基因小鼠模型及人源化小鼠模型。
非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物由于飼養(yǎng)成本高，且需要特殊的飼養(yǎng)環(huán)境，更重要的是目前針對(duì)靈長(zhǎng)類動(dòng)物的試劑很少，這些因素都限制了其在動(dòng)物模型研究中的應(yīng)用。相比較而言，嚙齒類動(dòng)物體型小、易于飼養(yǎng)、試劑來源方便等因素決定了其在動(dòng)物模型研究中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
部分造模方法
使用動(dòng)物：小鼠
【造模機(jī)制】：
小鼠對(duì)HIV-1病毒不易感，HIV-1病毒不能在其體內(nèi)增殖。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因一是小鼠和人的CD4分子序列有差異，導(dǎo)致HIV-1囊膜蛋白不能結(jié)合到鼠CD4+T細(xì)胞。也有研究發(fā)現(xiàn)HIV-1病毒序列中長(zhǎng)末端重復(fù)序列(long terminal repeat,LTR)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性在鼠源性細(xì)胞活性較低，這也是導(dǎo)致HIV-1病毒不能感染小鼠的原因之一。此外，HIV-1病毒的一些輔助調(diào)控蛋白，如，核輸出信號(hào)分子Rev在鼠源性細(xì)胞中的功能下降明顯，不能有效介導(dǎo)HIV-1mRNA出核，從而影響病毒蛋白翻譯和包裝。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，將HlV-1病毒受體CD4及其輔助受體CCR5和CXCR4基因融合后顯微注射到小鼠受精卵細(xì)胞， 可制備表達(dá)人CD4-CCR5/CXCR4轉(zhuǎn)基因小鼠，該小鼠由于表達(dá)HIV-1病毒受體及輔助受體，因而對(duì)HIV-1病毒的易感性提高，感染后可表現(xiàn)出AIDS部分癥狀。將HIV-1病毒全序列或結(jié)構(gòu)基因/調(diào)控基因克隆后通過顯微注射方法也可建立表達(dá)HIV-1特異蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠。
【造模方法】：
通過顯微注射方法建立的表達(dá)HIV-1病毒全序列或結(jié)構(gòu)基因／調(diào)控基因的轉(zhuǎn)基因小鼠可直接用于抗HIV藥物篩選、疫苗評(píng)價(jià)等相關(guān)研究領(lǐng)域。300 TCID50的HIV-1病毒脾內(nèi)接種或8000TCID50HIV-1病毒靜脈接種CD4-CCR5轉(zhuǎn)基因小鼠，2~4周后動(dòng)物臟器中可檢測(cè)到HIV-1病毒DNA。
【模型特點(diǎn)】：
1.表達(dá)HIV-1病毒序列轉(zhuǎn)基因小鼠 HIV-1前病毒DNA序列顯微注射到受精卵細(xì)胞后制備出可用于AIDS研究的轉(zhuǎn)基因小鼠，子代動(dòng)物中50%~80％表現(xiàn)為表皮增生、淋巴炎癥、脾大及肺淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)等病理表現(xiàn)，皮膚、脾臟及淋巴結(jié)中可檢測(cè)到HIV病毒顆粒。也有研究者用缺失Gag-Pol基因的HIV-1病毒基因序列制備AIDS轉(zhuǎn)基因小鼠模型，該小鼠腎臟中可檢測(cè)到HIV-1的特異性表達(dá)，后期小鼠可發(fā)展為有蛋白尿癥狀的腎病表現(xiàn)，致死率較高，因此該小鼠用于HIV-1引起的腎病模型研究。表達(dá)復(fù)制缺陷性HIV-1的轉(zhuǎn)基因小鼠也可發(fā)展有進(jìn)行性腎小球硬化為表現(xiàn)的嚴(yán)重腎病綜合征。表達(dá)Rev蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠腎小球硬化，表皮增生，小鼠皮膚組織中也可檢測(cè)到病毒RNA。這些模型是研究HIV相關(guān)腎病的良好模型。研究發(fā)現(xiàn)用MMTV啟動(dòng)子代替HIV啟動(dòng)子后，Env蛋白的gp160、gp120和Gag蛋白的p55、p24在轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)表達(dá)上調(diào)，該現(xiàn)象尤其在哺乳期雌性小鼠中表現(xiàn)尤甚。
2.HIV-1 LTR轉(zhuǎn)基因小鼠 機(jī)體感染HIV-1后有較長(zhǎng)的潛伏期，臨床癥狀出現(xiàn)較晚，這與病毒轉(zhuǎn)錄活性密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)一些外界因素（如細(xì)胞因子、紫外線等）及具有轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控元件可加速病毒的致病過程，基于此研究者用HIV基因中具有轉(zhuǎn)錄活性的LTR制備轉(zhuǎn)基因小鼠，HIV-1LTR與報(bào)告基因大腸埃希菌氯霉素?；D(zhuǎn)移酶(chloramphenicol transferase,CAT)或人抗胰蛋白酶基因(α-1 antitrypsin,α-1-AT)融合后建立了轉(zhuǎn)基因小鼠，該小鼠眼組織中CAT表達(dá)升高5倍，血清中α-1-AT表達(dá)上調(diào)10~20倍。在外界因素作用下， 如紫外線照射后，皮膚組織中CAT可上調(diào)30倍以上。表達(dá)HIV-1 LTR Tat的轉(zhuǎn)基因小鼠可在皮膚組織中檢測(cè)到LTR Tat RNA的表達(dá)，且在紫外線B或C作用下，皮膚LTR Tat RNA表達(dá)水平可達(dá)10倍以上。HIV-1感染后可引起神經(jīng)系統(tǒng)病變，如癡呆綜合征等(AIDS dementia complex)，且HIV-1病毒能否在神經(jīng)元細(xì)胞中復(fù)制也不清楚，HIV-1 LTRLacZ轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)多個(gè)臟器均可表達(dá)LacZ RNA或蛋白，尤其是腦、視網(wǎng)膜及中樞神經(jīng)元細(xì)胞檢測(cè)到LacZ RNA表達(dá)，這些結(jié)果表明HIV-1可在神經(jīng)元細(xì)胞復(fù)制。
3.HIV調(diào)控蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠
⑴Tat:Tat是HIV復(fù)制過程中重要的調(diào)控蛋白，具有轉(zhuǎn)錄活性，有研究者認(rèn)為Tat活性有一定的種屬特異性，其轉(zhuǎn)錄活性只能在人源性細(xì)胞中具有，而在鼠源性細(xì)胞中不具備此功能。但表達(dá)HIV-1 LTR Tat的轉(zhuǎn)基因小鼠表明Tat活性物種屬特異性，小鼠可產(chǎn)生皮膚損傷的臨床表現(xiàn)，這點(diǎn)與AIDS患者卡波西肉瘤極為相似，皮膚病變及增生在雄性小鼠中可維待一年以上，超過18個(gè)月的雄性Tat轉(zhuǎn)基因鼠肝癌發(fā)生率大于其他動(dòng)物。
⑵Nef:Nef蛋白是一種負(fù)調(diào)控因子，能夠增強(qiáng)病毒的復(fù)制能力和感染性。Nef基因以人CD2T細(xì)胞特異性調(diào)控元件及其LCR調(diào)控后制備的轉(zhuǎn)基因小鼠可明顯降低外周血CD4+T細(xì)胞數(shù)量。此外，Nef基因在鼠T細(xì)胞受體Vβ8.3的β鏈增強(qiáng)子/啟動(dòng)子控制下制備的轉(zhuǎn)基因鼠CD4+T細(xì)胞數(shù)量下降明顯、胸腺萎縮、脾及淋巴結(jié)腫大，多數(shù)動(dòng)物在4~6個(gè)月內(nèi)死亡。
4.表達(dá)CD4及CCR5和CXCR4轉(zhuǎn)基因小鼠 CD4及CCR5和CXCR4是HIV病毒受體和輔助受體，前已論述由于人CD4、CCR5和CXCR4與小鼠的這些分子序列差異可能導(dǎo)致小鼠對(duì)HIV-1不敏感。表達(dá)人CD4及其輔助受體CCR5的轉(zhuǎn)基因小鼠外周血單核細(xì)胞及脾細(xì)胞中可檢測(cè)到巨噬細(xì)胞嗜性HIV毒株，脾及淋巴結(jié)均可檢測(cè)到HIVDNA，但病毒不能在這些組織中增殖。表達(dá)人CD4及CXCR4轉(zhuǎn)基因小鼠對(duì)T細(xì)胞嗜性HIV較為敏感，外周血中CD4+T細(xì)胞數(shù)量下降明顯。
【模型的評(píng)估和應(yīng)用】：
目的基因通過顯微注射或其他轉(zhuǎn)基因方法導(dǎo)入到受精卵細(xì)胞后，可通過PCR或Southern blot方法檢測(cè)目的基因在動(dòng)物體內(nèi)表達(dá)。轉(zhuǎn)基因小鼠常用于HIV發(fā)病機(jī)制研究、抗HIV-1藥物篩選及疫苗學(xué)研究等。
參考文獻(xiàn)：
1.Akkina R. New generation humanized mice for viru research: comparalive aspecls and future prospects Virology, 2013,435 (1):14-28
2.Boberg A, Bråve A,Johansson S,el al. Murine models for HIV vaccination and challenge. Expert Rev Vacci.nes, 2008, 7 (1):117-130
3.Hatziioannou T,Evans DT. Animal models for HIV/AIDS research. Nat Rev Microbiol,2012, 10 (12): 852-867
4.Hu SL. Non-human primate models for AIDS vaccine research. Curr Drug Targets Infect Disord,2005,5 (2):193-201
5.Nischang M, Gers-Huber G, Audig é A, el al. Modeling HIV infection and therapies in humanized mice. Swis Med Wkly,2012,142:wl3618
6.van Maanen M,Sutton RE. Rodent models for HIV-1 infection and disease. Curr HlV Res, 2003, 1(1):121- 130
7.Zhang L,Su L. HTV-1 immunopathogenesis in humanized mouse models. Cell Mol Immunol, 2012, 9 (3):237-244
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