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新冠模型

血管紧张素转换酶2(ACE2)是SARS-CoV-2病毒侵入人体最主要的细胞表面受体,但由于物种间的差异,SARS-CoV-2病毒无法与野生型啮齿动物的ACE2受体结合,但通过基因编辑技术将小鼠Ace2替换为人源ACE2,就可以获得稳定表达人类ACE2受体的人源化ACE2小鼠(hACE2),相关的研究已经证明了hACE2小鼠的SARS-CoV-2病毒易感性,并且在不同的研究方向上都发挥着作用。

赛业生物利用自主研发的TurboKnockout技术和经过优化的CRISPR-Pro技术制备了BALB/c、C57BL/6J、C57BL/6N三种背景品系的ACE2小鼠,并设计了多种基因打靶方案,以满足客户在基础研究和新药研发的动物模型需求。

产品编号 产品名称 品系背景 类型
C001191 hACE2-All CDS-B6J C57BL/6J 人源化/新冠小鼠模型
C001227 hACE2-All CDS-BALBC BALB/c 人源化/新冠小鼠模型
C001244
K18-hACE2-2A-CreERT2
C57BL/6J
人源化/新冠小鼠模型
C001226 hACE2-EGFP C57BL/6N 人源化/新冠小鼠/荧光标记模型
C001246 ROSA26-LSL-hACE2 C57BL/6J 人源化/新冠小鼠模型
C001281 loxP-hACE2-CDStm C57BL/6N 人源化/新冠小鼠模型
C001228 Ace2 KO C57BL/6J 新冠小鼠模型

 

客户精选案例

SARS-CoV-2 spike engagement of ACE2 primes S2’site cleavage and fusion initiation. PNAS(2021)doi.org/10.1073/PNAS.2111199119  更多详情可点击查看文献解读>>>

目前的研究已经证明在SARS-CoV-2感染过程中与ACE2受体的结合部位是病毒的Spike刺突(S)蛋白,但是两者结合后的分子和细胞机制仍不清楚,更重要的是,目前全球流行的突变株在S蛋白上有多处突变发生,这给疫苗的研发带来了极大挑战,对于S蛋白与ACE2受体结合及结合后的分子细胞机制的研究将是重中之重。

SARS-CoV-2的S蛋白单体包含两个片段,即识别宿主ACE2受体并进行相互作用的氨基末端S1亚基和催化病毒与细胞膜融合的羧基末端S2亚基,S2亚基推动病毒RNA释放进入细胞,并在受感染的细胞内进行复制,就受体识别及膜融合等过程而言需要进一步的探究。2021年12月21日,来自中科院上海巴斯德研究所的研究人员揭示了SARS-CoV-2病毒感染过程中刺突水解产生S2’片段以及该片段在病毒和受体之间的识别、膜融合等过程中发挥的作用。在该研究中,研究人员使用了上皮细胞特异性启动子K18驱动的K18-hACE2-2A-CreERT2,并分离该小鼠肺上皮细胞用于在原代细胞中模拟Spike驱动的合胞体形成,证明了功能S2’片段的形成需要功能性ACE2受体的特异性识别。

图1. 体外细胞-细胞融合实验证明了人的ACE2蛋白能与病毒刺突互作,但是小鼠的蛋白无法互作。研究人员在hACE2合胞体中不仅检测到了S2'条带,还观察到了合胞体形成的绿色荧光信号。该款hACE2小鼠小鼠携带“K18 promoter-Kozak-human ACE2 CDS-P2A-CreERT2-rBGpA”cassette,可用于研究特定宿主基因(floxed)在应答新冠病毒感染中的作用。

后续经过一系列实验,研究人员证明了在刺突蛋白参与病毒感染过程中,水解形成S2’蛋白的反应是SARS-CoV-2病毒感染过程中不可或缺的分子事件之一,其中的815位点的精氨酸更是水解切割所必须的,这为疫苗和抗体药物的开发研究提供了新的参考。

Immunogenicity and protective potential of chimeric virus-like particles containing SARS-CoV-2 spike and H5N1 matrix 1 proteins. Frontiers in cellular and infection microbiology(2022)doi.org/10.3389/FCIMB.2022.967493

接种疫苗是控制和预防COVID-19大流行的首选方法,然而由于SARS-CoV-2病毒在流行过程中不断的变异、现有疫苗的保护期较短以及人类群体间差异等原因,开发长效抗感染的SARS-CoV-2疫苗仍然是十分迫切的。

VLP( Virus-like particle)是不包含病毒基因组的病毒衣壳,可用作多功能、高安全性和高免疫原性的疫苗,与亚单位疫苗相比,VLP表面的重复抗原模式更容易被抗原呈递细胞识别,从而诱导更强大、更广泛的体液和细胞免疫反应。2022 年7月18日,来自中国农业科学院长春兽医研究所和吉林大学的科研人员开发了多种基于不同病毒样颗粒(VLPs)的SARS-CoV-2疫苗并进行了验证 。在该研究中,研究人员利用hACE2-All CDS-BALBC对新开发的疫苗进行了验证,发现该类疫苗可以诱导小鼠表达较高的SARS-CoV-2特异性抗体(图2),证明了基于mSM病毒样颗粒和Al/CpG佐剂的疫苗是一种在预防COVID-19大流行中极具运用前景的候选疫苗。

图2. 不同 VLPs的免疫原性评价

Vitamin C is an efficient natural product for prevention of SARS-CoV-2 infection by targeting ACE2 in both cell and in vivo mouse models. bioRxiv(2022)doi.org/10.1101/2022.07.14.499651

ACE2是SARS-CoV-2进入细胞的主要受体,尽管人们已经在通过靶向ACE2来抑制SARS-CoV-2 的结合方面取得了进展,但是目前仍旧缺乏有效预防SARS-CoV-2感染的药物和方法;研究显示将ACE2蛋白水平降低一半就可以显著降低SARS-CoV-2的感染,提示部分降低ACE2蛋白水平可能是预防SARS-CoV-2感染的新策略之一。

2022年7月15日,来自江苏大学和江苏省感染与免疫重点实验室的研究人员通过药物筛选,发现了天然化合物维生C (VitC)可以降低ACE2蛋白水平以预防SARS-CoV-2感染,并对其作用机制作了进一步研究。在该研究中,作者首先通过体外细胞实验证明了VitC可以预防SARS-CoV-2感染,而后发现USP50是ACE2蛋白水平的关键调节剂,VitC通过阻断USP50-ACE2的相互作用来促进ACE2的降解,而不是破坏ACE2的转录表达。为进一步研究VitC的体内抗感染效果,作者使用了hACE2-All CDS-B6J开展了感染研究。实验结果显示USP50在hACE2小鼠的肺、肝和肾等组织中同样与ACE2相互作用(图3. A),而VitC给药强烈阻断了hACE2小鼠肺组织中USP50和ACE2的相互作用(图3. B),上调了ACE2的泛素化水平(图3. C),促进了ACE2蛋白的降解(图3. D-E)。在利用SARS-CoV-2-S假病毒进行感染后发现,VitC给药可以显著降低hACE2小鼠各个组织中SARS-CoV-2 S蛋白(图3. F)和SARS-CoV-2-S RNA(图3. G)的表达。研究人员通过以上实验证明了USP50和VitC共同调控体内的ACE2蛋白水平,VitC给药可有效减少ACE2蛋白水平并降低SARS-CoV-2感染的风险,揭示了VitC在日常保护免受SARS-CoV-2感染中的关键作用和应用。

图3. VitC给药在体内减少ACE2蛋白水平并限制SARS-CoV-2感染

SARS-CoV-2 spike spurs intestinal inflammation via VEGF production in enterocytes. EMBO molecular medicine(2022)doi.org/10.15252/emmm.202114844

SARS-CoV-2主要通过呼吸道感染导致肺部炎症、发烧、咳嗽、肌痛和呼吸困难等临床症状,但同时也存在嗅觉丧失、紧张性精神分裂症、消化疾病、血小板减少和睾丸损伤等多种并发症,危害性极高,了解不同并发症的发病机制对于患者疾病的治疗同样十分重要。

胃肠道疾病症状是新冠最常见的并发症之一,这些症状通常与COVID-19的严重程度相关,超过80%的新冠患者同时存在消化系统的症状,并且极易发展成为严重的疾病,导致死亡率的上升。来自中山大学第五附属医院的研究人员在EMBO molecular medicine期刊上解析了COVID-19肠道炎症的发病机制。首先,作者从带有胃肠道症状的COVID-19患者的血清中检测到与血管通透性和炎症反应的密切相关的细胞因子VEGF水平的升高,并且VEGF升高与肠道水肿和疾病进展相关。进一步探究COVID-19患者血清中升高的VEGF来源及其与肠道水肿和疾病的关系,作者发现含有受体结合域(RBD)的重组SARS-CoV-2 Spike蛋白在一定条件下可以引起野生型小鼠肠组织的炎症变化和间质水肿,由于SARS-CoV-2 Spike RBD是否能与小鼠ACE2结合仍存在争议,作者采用hACE2-All CDS-B6J作为验证模型,也观察到了相似的表型(表1)。

表1. SARS-CoV-2 Spike RBD蛋白导致小鼠肠组织的炎症变化和间质水肿

 

同样的,ACE2与Spike蛋白的共定位、肠道炎症、炎症因子的过度产生和十二指肠中的VEGF水平升高等特征也可以在hACE2小鼠中发现(图4)。

图4. SARS-CoV-2 Spike蛋白通过VEGF过度生成诱导肠道通透性

研究人员进一步对患者组织和Spike刺激后hACE2小鼠肠道组织开展了免疫荧光分析,发现VEGF与肠上皮细胞共定位(图5),证实了肠上皮细胞是过量产生VEGF的来源。

后续作者通过一系列的实验证明了SARS-CoV-2 Spike通过Ras-Raf-MEK-ERK通路刺激肠上皮细胞中VEGF的产生,同时通过减少内皮细胞的内皮钙粘蛋白来破坏血管屏障,而ERK/VEGF通路的阻断可以减轻SARS-CoV-2 Spike蛋白峰值诱导的肠道高通透性和炎症反应。该研究确定了SARS-CoV-2 Spike刺激后的肠道中VEGF过量产生的分子机制,证明了ERK/VEGF是COVID-19肠道炎症和疾病进展的潜在生物标志物和治疗靶点。

图5. VEGF来自于肠上皮细胞中(B:hACE2小鼠;C:患者样本)

在SARS-CoV-2流行过程中,病毒也在不断的发生变异,Delta和Omicron等多个致病性或传播力更强的变异株的出现给疾病的预防和治疗带来了相当大的挑战,迫切需要更多且有效的预防和治疗策略,而广谱性中和抗体则是应对的策略之一。

A Class of Shark-Derived Single-Domain Antibodies can Broadly Neutralize SARS-Related Coronaviruses and the Structural Basis of Neutralization and Omicron Escape. Small Methods(2022)doi.org/10.1002/smtd.202200387  更多详情可点击查看文献解读>>>

近年来,来自骆驼等动物的单域抗体受到了广泛关注,单域抗体指仅含有重链可变区的抗体片段,因其分子量(15 kD)远远小于人类抗体(150 kD)而又被称为纳米抗体;该类抗体不仅具有亲和力高、热稳定性好、生产成本低等特点,还能与传统抗体无法接触的表位结合。来自广州医科大学呼吸疾病国家重点实验室、广州实验室、中科院广州生物医药与健康研究院、厦门联合呼吸健康研究院等多个机构的研究人员等多个机构的研究人员从鲨鱼中筛选出一种单域抗体,能够有效中和新冠病毒的多个变异株,为COVID-19的预防和治疗提供了新的选择。首先,研究人员通过免疫鲨鱼后进行抗体筛选及一系列的体外中和实验发现来自鲨鱼的20G6纳米抗体可以广泛中和SARS-CoV-2变异株。而后,研究人员评估了纳米抗体在新冠病毒感染过程中的预防和治疗作用,在hACE2-All CDS-B6J的鼻腔内滴入20G6纳米抗体后用武汉毒株或Beta变异株进行感染可以发现20G6抗体组中病毒基因组RNA拷贝数显著下降。而利用武汉毒株或Beta变异株感染小鼠后,通过腹膜注射或鼻内滴注的方式给予20G6-Fc进行治疗,同样可以观察到病毒基因组RNA拷贝数的显著下降(图6)。这些结果表明,20G6纳米抗体能够在预防和治疗模型中有效保护小鼠免受SARS-CoV-2武汉毒株和Beta变异株感染。

图6. 20G6纳米抗体对SARS-CoV-2感染的预防和治疗效果

而后,研究人员通过实验发现这类纳米抗体可以通过WXGY基序与SARS-CoV-2的RBD结合而发挥作用,同时还发现Omicron变异体RBD上的S375F突变可破坏RBD的β-链结构,从而削弱抗体与抗原的相互作用,使得Omicron变异株逃逸纳米抗体中和。

 

A population antibody response against SARS-CoV-2 with differential neutralization activities towards the Delta and Omicron variants. Research Square(2022)doi.org/10.21203/rs.3.rs-1381122/v1

与上文较为相似的是,同样来自呼吸疾病国家重点实验室、中科院广州生物医药与健康研究院、中科院武汉病毒学研究所和厦门联合呼吸健康研究所等机构的研究人员对一种极具代表性的SARS-CoV-2抗体R1-32的表位、抗原结合及其对SARS-CoV-2的抑制作用进行了评估,证明了其是一类新的RBD靶向抗体,为SARS-CoV-2变异体的免疫逃避提供了进一步的见解,并阐明了疫苗和治疗性抗体的未来发展方向。该研究同样使用了hACE2-All CDS-B6J 模型用于评估R1-32抗体的体内保护效果,实验结果显示,与对照组相比,R1-32保护组小鼠肺部的炎症明显减少(图7),证实了R1-32对SARS-CoV-2的感染具有保护活性。

图7. R1-32抗体处理小鼠肺部的炎症减少

 
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