关键词:
手足口病
柯萨奇病毒A6型
灌胃感染
腹腔注射
RNA-Seq
动物模型
摘要:
背景手足口病(hand,foot and mouth disease,HFMD)是一种常见的传染性疾病,由多种肠道病毒引起,主要影响五岁以下婴幼儿。手足口病主要通过消化道传播,症状包括发热、手、足、口部出现疱疹或斑丘疹等,也可引起神经系统、呼吸系统的严重并发症。人肠道病毒71型(enterovirus 71,EV71)疫苗的推广使得HFMD病原体的流行谱发生了变化,柯萨奇病毒A6型(Coxsackievirus A6,CA6)成为主要流行病原体之一。与其他HFMD病原体相比,CA6引起的手足口病表现为非典型性病症,引起的皮疹分布更为广泛,皮损严重,疱疹多见甚至出现大疱疹、腐蚀性皮疹等,且常出现脱甲症。目前对CA6感染发病机制尚不清楚,也缺乏针对性的药物和疫苗,其中缺乏合适的动物模型是机制研究以及抗病毒药物和疫苗研发受到限制的重要原因。本研究旨在建立一种更具拟似性的CA6动物感染模型,采用7日龄的BABL/c小鼠,通过灌胃感染CA6病毒来模拟疾病的发生发展。通过观察感染动物的临床症状和死亡率,检测各个组织中病毒扩增情况和病理变化,确定该模型已成功建立,以及确定模型的主要生物学指标。基于该动物模型,我们进一步分析了机体对抗病毒感染的免疫调控机制:分析起抗病毒主导作用的细胞群,参与免疫反应的细胞因子;同时使用RNA-Seq技术筛选出感染后不同时间点血液和后肢肌肉中差异表达的基因,探究机体感染与致病相关的分子动态表达谱。本研究建立的CA6小鼠感染模型,为疾病的发病机理和治疗研究提供了新的实验模型和研究方法。我们基于模型对CA6病毒感染的免疫机制的研究,有望为相关疾病的预防和治疗提供新的思路和靶点,从而提高对手足口病的认识和防治水平。相信本研究的结果将对于HFMD及其他相关传染病的防治和控制产生积极的影响,为促进全球公共卫生事业的发展作出贡献。方法 采用7日龄BALB/c小鼠,通过灌胃感染或腹腔注射感染方式,灌胃感染1×106.5TCID50 CA6病毒,腹腔注射1 × 104.5TCID50 CA6病毒。灌胃和注射体积均为100μl。对照组分别灌胃或腹腔注射等体积的PBS。每天观察动物感染后的临床症状、死亡率及体重变化。于感染后第1天、3天、5天和7天分别取材血液、肌肉、心、肝、肺、胃、小肠、大肠、大脑、脑干和脊髓,利用荧光实时定量PCR探针法测定各组织内病毒载量,对比病毒在小鼠体内各个组织的扩增情况;同时利用H&E检测各组织病理变化,确定病理损伤主要组织;检测不同时间点免疫细胞和细胞因子的变化情况,分析免疫调节机制。同时,感染后第3天、5天和7天分别取材血、肌肉、脑、胸腺和脾组织,通过RNA-Seq技术分析不同时间点差异表达基因,筛选CA6感染导致手足口病的致病相关基因和免疫调节基因。结果灌胃感染CA6病毒的小鼠临床症状表现为,活动减少、后肢渐行性瘫痪,感染4天后小鼠体重迅速下降,第8天小鼠全部死亡。组织内病毒载量测定发现病毒可经血液扩散至各个组织器官并进行复制,其中以血液、肌肉、脊髓中病毒载量最高。病理学观察发现CA6病毒感染导致小鼠的肌肉、小肠和大肠等组织发生损伤,但损伤程度略有不同。在CA6感染小鼠模型中,病毒的主要复制部位为后肢骨骼肌,骨骼肌内病毒载量远高于其他组织;骨骼肌的主要组织病理学表现为肌肉纤维断裂、坏死,大量炎细胞浸润,且病毒抗原呈弥散性分布。经过流式细胞术检测感染后中性粒细胞与单核细胞在外周血中的占比,可以发现灌胃感染引起免疫细胞的数量升高对抗CA6的入侵,在此过程中天然免疫发挥了主导作用;免疫组化与免疫荧光提示感染后期肌肉组织中存在大量中性粒细胞与巨噬细胞的浸润,且造成肌肉细胞发生变性坏死;脊髓中中性粒细胞也发生了浸润,提示神经组织也受到病毒侵染;血清中促炎细胞因子IL-6、IL-18、IFN-γ浓度总体均显著性升高,结合血液中的中性粒细胞数量升高,提示感染后小鼠出现了强烈的炎症反应。通过对CA6病毒感染组小鼠血液、肌肉、脑、胸腺和脾进行RNA-Seq测序分析,分别统计出同一组织不同时间点共同变化的差异基因,发现:血液中有1399个共有差异基因,肌肉中有2674个,脑中有4251个,胸腺中有1676个,脾中有1586个。对这些共有差异基因进行功能分析发现:在血液和后肢肌肉中,机体对病毒的反应(response to virus)相关基因处于激活表达状态。在血液中,差异表达基因还富集于细胞因子介导的信号通路、对IL-1β的反应等免疫相关通路。尤其是在抵御病毒和细菌入侵方面,基因的差异表达显著富集于免疫相关的生物学过程。此外,DEGs还涉及到代谢和免疫反应相关的分子功能,如ATP代谢过程、对干扰素β((interferon-beta))的反应、调节先天免疫和适应性免疫、正向调节细胞因子产生等等。KEGG分析表明血液