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【盘点】寨卡病毒研究近期重大进展

2016-5-25 作者:佚名   来源:生物谷 我要评论0
Tags: 寨卡病毒  研究  进展  

自2014年以来,WHO已经发现寨卡病毒在美洲存在本土流行,当前寨卡病毒在美洲区域的传播出现上升态势,疫情存在跨境传播风险。考虑到美国CDC近期首次确定寨卡病毒是胎儿小头畸形和其他的出生缺陷的病因,孕妇或者计划怀孕的女性最好不要前往寨卡病毒仍在传播的国家和地区。另外,越来越多的科学家发现寨卡病毒可通过性接触进行传播,因此对准备怀孕的家庭而言,最好夫妻双方都不要前往寨卡病毒仍在传播的国家和地区。

科学家们近期又在寨卡病毒研究上取得重大进展,如利用3D打印研究寨卡病毒,或利用新型寨卡病毒感染模式小鼠研究该病毒感染胚胎之谜,或者证实巴西寨卡病毒可引发动物模型患小头畸形症,或者给蚊子注射细菌可阻断寨卡病毒传播,或者利用CRISPR/Cas9区分寨卡病毒不同毒株,以及体外实验证实氯喹也可抵抗寨卡病毒感染,等等。

1. bioRxiv:体外实验证实氯喹抵抗寨卡病毒感染
氯喹(chloroquine)是一种弱碱,具有抗炎性,已被用来预防和治疗疟疾。这种药物具有帮助猴子抵抗登革热病毒感染的效应,而且也能够抑制登革热病毒感染的Vero细胞中的病毒抑制。 在一项新的研究中,来自巴西里约热内卢联邦大学的Amilcar Tanuri和同事们在不同类型的寨卡病毒感染的细胞中测试了氯喹的效应,结果表明氯喹似乎在体外的多种类型的细胞中也抵抗寨卡病毒感染。(R. Delvecchio et al.,“Chloroquine inhibits Zika virus infection in different cellular models,” bioRxiv, doi:10.1101/051268, 2016)

2. Cell:3D打印“迷你大脑” 解密寨卡病毒

去年春天,巴西确诊第一例寨卡病毒感染,之后病毒开始在南美洲快速蔓延暴发,自此,寨卡病毒再次进入人类视野。尽管目前尚未发现寨卡病毒对一般成人有致命危害,但是孕妇一旦感染,部分新生儿将会在出生20小时内死于小头畸形。

目前世界上仍未研发出能够有效对抗寨卡病毒的疫苗,这是最让研究人员感到担心的事情,因此今年2月1日世界卫生组织将寨卡病毒列为国际医疗紧急事件之一。到目前为止,感染最严重的巴西感染人数约为150万人,其中已有3500例新生儿小头症病例,而一些新生儿因为小头畸形问题严重而死亡。

但是最近,寨卡病毒的研究有了突破性的进展。4月22日,在美国工作的多名华人科学家在新一期美国《细胞》杂志上宣布,他们借助3D打印“造屋”技术,培育出了一种低价的“迷你大脑”,可用于研究寨卡病毒如何引起新生儿小头症和其他出生缺陷。

虽然“迷你大脑”已问世多年,但由于此前的培养容器有可乐罐那么大,因此价格特别昂贵,很多实验室都没有能力去做。而此次华人团队利用3D打印机制造出只有手指头那么大的培养容器,可大批量培养出绿豆大小的“迷你大脑”,成本大幅降低。

这项发现由美国约翰斯·霍普金斯大学的一对中国夫妇共同发现——宋洪军与明国莉两位教授。他们发现寨卡病毒会感染婴儿大脑皮质层的特殊的干细胞,通过3D打印的迷你大脑,他们能够准确地看见怀孕的不同阶段的感染状况。

根据文章,这个“迷你大脑”是用人体多能干细胞制成的,与发育中的胎儿大脑很相似,其中包含干细胞、新产生的神经元,还有类似大脑皮层的分层结构。现在,这种“迷你大脑”可以长到20多周,能用于模拟研究在怀孕早期及中期寨卡病毒对胎儿的影响。

“如果感染发生在非常早期,病毒一般会感染迷你大脑的神经祖细胞并且感染会非常严重。一段时间之后,迷你大脑将会停止生长,(现实情境下)此时孕妇就会出现流产。”明国莉说,“但是如果感染发生在怀孕三个月到六个月情况会好一些,寨卡病毒仍倾向于感染神经祖细胞,但是同时也会感染其他神经细胞,结果‘迷你大脑’的尺寸可能会更小一些,相当于小头症。”

这些结果与现实中病毒感染孕妇的情况非常接近,这证明了孕期越早感染,就越严重。(Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.04.032)

3. Cell:新型寨卡病毒小鼠模型或揭示胚胎感染之谜

近日,来自华盛顿大学医学院的研究人员通过研究开发出了两只感染寨卡病毒的怀孕小鼠模型,在小鼠机体中,寨卡病毒可以通过怀孕小鼠的血液迁移到胎盘中,随后在胎盘中复制,扩散到胎儿的机体循环并且感染胎儿的大脑,相关研究刊登于国际杂志Cell上,该研究或为开发新型抵御寨卡病毒的疫苗和疗法提供新的思路。

文章作者Michael Diamond博士表示,这项研究中我们首次开发出了可以在宫内传播寨卡病毒的动物模型,同时也在怀孕小鼠和后代中观察到了相应的结果。该研究或可用于疫苗试验中来帮助研究者确定对母体进行免疫是否可以保护胚胎免于感染,同时还可以帮助研究者来检测疗法,一旦母体被感染,研究人员就可以采取措施来抑制病毒在胎儿中的感染及损伤效应。

在其中一个小鼠模型中,研究者对小鼠进行遗传工程化修饰使其缺失一种名为干扰素α受体的分子,该受体分子在机体对病毒感染的免疫反应上扮演重要角色;随后研究人员在小鼠受孕一周后对其进行寨卡病毒感染,紧接着6-9天后检测怀孕小鼠胎盘和胎儿机体中的病毒水平。研究者认为,所有的小鼠模型都可以反应人类机体感染寨卡病毒的表现,在小鼠机体中,病毒会通过母体的血液进入到胎儿机体中并且感染胎儿正在发育的大脑,最终引发小头畸形症。

在遗传修饰后的小鼠机体中,寨卡病毒的感染会引发大部分胚胎死亡,而剩下的胚胎相比正常胚胎要小很多,同时母体胎盘也表现出了一些损伤效应,比如萎缩现象等,而受损伤的胎盘则不能够为发育中的胚胎提供足够的营养和氧气,从而就会导致胎儿发育迟缓以及出现各种致死性疾病。(Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.05.008)

4. Nature:科学家证实巴西寨卡病毒可引发动物模型患小头畸形症

近日,刊登在国际杂志Nature上的一篇研究报告中,来自加州大学圣地亚哥医学院、巴西及塞内加尔的研究人员通过研究首次给出直接的实验证据,即证明巴西寨卡病毒实际上可以引发严重的婴儿出生缺陷。

文章中研究人员对小鼠模型、人类干细胞及体外培养的微型脑部结构(类器官)进行研究,研究者Muotri表示,在诸如巴西等地方随着寨卡病毒感染率的上升,往往会伴随着婴儿小头畸型发病率的增加,这二者之间或许存在某种关联,但目前并没有证据证实,而本文研究中我们就提出的直接的实验证据证明巴西寨卡病毒可以引发严重的婴儿出生缺陷(小头畸形)。

研究者开发出的这种确定寨卡病毒和小头畸形因果关系的特殊模型可以作为一种新型工具来帮助评估潜在疗法中和病毒的效力,利用这种新型平台科学家们就可以用来理解为何巴西寨卡病毒如此独特,同时还可以检测新型药物在抑制和病毒感染引发的神经学问题上的作用效果;此外研究者研究者们还开发出了一种强大的动物模型,而这种动物模型或会在测定潜在疫苗抵御病毒感染过程中被用到。

对小鼠模型的研究表明,小头畸形或许仅仅揭开了寨卡病毒感染的冰山一角而已,动物往往会在子宫内生长的时候发生生长停滞,而这就从根本上阐释了母体子宫内较差的胚胎发育情况;目前关于寨卡病毒的媒体报道主要关注于小头畸形如何影响婴儿的健康,因为但凡是和小头畸形相关的图片都让人非常触目惊心,但真正对婴儿的影响或许是广泛而且摧毁性的。

随后研究人员将人类大脑类器官暴露于寨卡病毒中进行研究,类器官是一种来自多能干细胞的三维细胞胚芽;研究结果表明,寨卡病毒的感染会导致类器官生长区域的减少并且会干扰皮质层的发育,此外巴西寨卡病毒还会对其他人类类器官皮质组织异常产生明显的影响。

研究者Muotri表示,我们在来自黑猩猩的类器官中检测了寨卡病毒的作用,以此来分析巴西寨卡同非洲寨卡病毒的适应性差异,结果表明,相比非洲寨卡病毒而言,巴西寨卡病毒在来自黑猩猩的类器官中复制率较低,这就表明巴西寨卡病毒或许更加适应于人类机体的环境,当然研究者还希望通过后期研究来调查是什么样的遗传特性导致非洲寨卡病毒和巴西寨卡病毒的差异。(Nature, doi:10.1038/nature18296)

5. Cell Host & Microbe:给蚊子注射细菌可阻断寨卡病毒传播
近日,来自巴西的研究人员通过研究表示,感染沃尔巴克氏体或许可以明显降低蚊子传播寨卡病毒的风险,相关研究刊登于国际杂志Cell Host & Microbe上,而这一研究为开发新型方法来阻断寨卡病毒的感染和传播提供希望。

如今在诸如澳大利亚、巴西、印度尼西亚及越南等国家中研究者已经大量释放沃尔巴克氏体来感染蚊子作为抑制登革热的新型策略,而如今这项研究发现,利用沃尔巴克氏体同样也可以帮助抵御寨卡病毒的传播。寨卡病毒和个体出生缺陷头小畸形直接相关,而这种个体出生缺陷疾病目前在南美和中美洲地区及加勒比地区席卷开来。

这项研究中,研究人员利用沃尔巴克氏体来进行研究,沃尔巴克氏体可以在昆虫细胞中生存,而且目前发现沃尔巴克氏体可以在多达60%的常见昆虫机体中生存,文章中研究者将沃尔巴克氏体注入到蚊子的卵中,随后沃尔巴克氏体就会随着蚊子的繁衍而不断传播到其后代中。

研究者Luciano Moreira说道,我们可以利用几个月的时间释放携带沃尔巴克氏体的伊蚊,随后这些携带者就会同自然种群进行交配,随着时间延续就会慢慢改变蚊子的群体特征。这项研究中研究者利用当前在巴西流行的两种寨卡病毒分别感染田间蚊子(对照)和被沃尔巴克氏体感染的蚊子,两周后,研究者发现携带沃尔巴克氏体的蚊子机体和唾液中存在较低水平的病毒颗粒,同时其感染人类的能力也明显下降了,这就表明沃尔巴克氏体或许可以有效帮助抵御蚊子传播寨卡病毒。(Cell Host & Microbe, doi:10.1016/j.chom.2016.04.021)

6. Cell:开发出低成本的基于CRISPR/Cas9的纸片诊断系统快速检测寨卡病毒

在一项新的研究中,一个由多个机构组成的由美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)合成生物学家James Collins博士领导的国际小组开发出一种低成本的基于试纸的快速诊断系统,该系统能够毒株特异性地检测寨卡病毒(Zika virus, ZIKV),而且它可能很快被用来在现场筛查血液、尿液或唾液样品。相关研究结果于2016年5月6日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Rapid, low-cost detection of Zika virus using programmable biomolecular components”。Collins是这篇论文的通信作者。

基于Collins和他的研究团队之前的研究,Collins团队与来自美国麻省理工学院、布罗德研究所、哈佛医学院、亚利桑那州立大学、威斯康星大学麦迪逊分校、波士顿大学、康奈尔大学、加拿大多伦多大学和Addgene公司的研究人员合作,在6周时间内开发出这种快速诊断测试系统原型,并且描述了他们的检测方法。

考虑到现场使用,Collins团队设计一种简单的模块化工作流程,由三个步骤组成:扩增、寨卡病毒检测和CRISPR-Cas9辅助的毒株鉴别。作为一种源自细菌免疫系统的基因编辑机制,CRISPR-Cas9能够被用来寻找整个基因组序列,以便发现独特的遗传特征序列。利用CRISPR-Cas9优异的序列识别能力,这种诊断系统的第三部分就是CRISPR-Cas9辅助的基于纸片的诊断模块以便区别不同的遗传特征序列最少只相差一个核苷酸的毒株。

一旦样品中的RNA通过使用酶和引物的混合物进行扩增后,将一滴扩增产物溶液加入到冻干的含有细胞组分和生物蛋白的纸片上。含有扩增RNA的这滴溶液激活冻干的组分以至于纸片改变颜色,从而指示ZIKV阳性结果。尽管这种结果的肉眼读取方式类似于早孕测试纸,但是一种经过特殊设计的电子阅读器也能够被用来更快地获得结果,而且有朝一日可能能够被用来定量检测样品中的病毒载量。

如果检测到ZIKV,那么第三步涉及将样品与冻干的CRISPR-Cas9混合在一起,然后利用这种混合液润湿另一组可改变颜色的纸片。依赖于样品中含有的ZIKV毒株,这些纸片经历另一系列肉眼可观察到的颜色变化。尽管合成生物学家和遗传工程学家通常将CRISPR-Cas9放入在活细胞内发挥功能,但是Collins团队发现当在体外冻存时,它也能够发挥功能,而且在一些情形下甚至具有更好的功能。(Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.04.059)

7. 美发布人类细胞与组织捐献指南防范寨卡病毒

美国食品和药物管理局3月1日发布一份有关捐献人类细胞、组织以及相关产品的指南,以防范寨卡病毒的传播。

按照这份指南,不适合捐献细胞、组织以及基于细胞与组织的产品的人群包括:过去6个月里被诊断出感染寨卡病毒、去过寨卡流行地区、与有上述两种风险因素之一的男性发生性行为的人。

此外,如果女性在孕期有上述任何一种风险因素,她也不适合捐献脐带血、胎盘或其他妊娠组织。

该指南还说,如果死者去世前6个月里感染过寨卡病毒,去世后也不适合捐献细胞、组织以及基于细胞与组织的产品。

美药管局在一份声明中说,人类细胞、组织以及基于细胞与组织的产品包括眼角膜、骨骼、皮肤、心脏瓣膜、造血干细胞与祖细胞、羊膜等妊娠组织、精子与卵母细胞等生殖组织。在医疗手术中使用这些细胞、组织或相关产品,有传播寨卡病毒的潜在可能。

声明说,之所以提出6个月的捐献延缓期,是因为现在有关寨卡病毒在各种组织中存活时间的数据有限。此前研究发现,当血液中检测不到寨卡病毒时,人体组织与体液中还能检测到这种病毒,甚至在发病10周后的病人精液里还能检测出寨卡病毒。考虑到这种不确定性,为谨慎起见设置了6个月的延缓期。

两周前,美药管局曾发布有关献血的一份指南,建议去过寨卡病毒流行地区的人要等待至少4周再献血。

8. 我国解析首例输入性寨卡病例病毒全基因组信息
记者23日从中国疾病预防控制中心了解到,中国疾控中心病毒病预防控制所专家团队与江西省疾控中心合作,对我国首例寨卡病毒感染病例血液标本中的寨卡病毒基因组进行了全面解析,已成功获得病毒全基因组序列。

寨卡病毒近来引起国际社会广泛关注。2015年5月,巴西出现首例寨卡病毒本地感染病例,此后寨卡病毒病疫情在美洲国家持续传播、扩散,目前有本地传播病例的国家和地区已达36个,特别是在巴西等寨卡病毒病疫情高发国家还发生了小头畸形及其他神经系统疾病的聚集性病例。

据了解,中国疾控中心病毒病所和江西省疾控中心合作确诊首例输入性病例后,克服了病人血清标本病毒载量极低的困难,釆用高通量序列分析技术,成功地从病人血清样本中直接获得了病毒全基因组序列,病毒基因全长10676个碱基,遗传进化分析显示与目前在美洲的流行株具有高度同源性。

9. 美国FDA授予首个商业化Zika(寨卡病毒)快速检测方法紧急使用授权(EUA

诊断信息服务提供商Quest Diagnostics近日宣布,美国食品和药物管理局(FDA)已授予该公司开发的一款寨卡病毒快速检测(Zika病毒RNA定性实时RT-PCR检测,Zika RT-PCR test)的紧急使用授权(Emergency Use Authorization,EUA)。该检测由Quest旗下公司Focus Diagnostics的参考实验室开发,用于定性检测来自个体血清样本中寨卡病毒的RNA。

值得一提的是,这是首次来自商业化实验室提供商开发的Zika病毒检测获得紧急使用授权(EUA)。EUA是指由美国食品和药品管理局(FDA)在实际的或潜在的紧急状态下对未获批准的医药产品的使用及已获批准产品的未获批准用途的授权。

目前,Zika病毒疫情继续在巴西等国肆虐,美国卫生官员警告称,疫情有可能会在美国爆发。可以说,FDA此次授予商业化Zika RT-PCR检测EUA正值关键时刻。在此之前,FDA仅授予美国疾病控制和预防中心(CDC)开发的Zika检测方EUA,并且仅限于CDC指定的有资质的实验室使用。一款新的商业化检测可以筛查更多的患者,能更早地鉴别出感染了Zika病毒的个体。

Quest Diagnostics已计划于本周(5月2日)向美国和波多黎各的医疗机构广泛提供这款新的检测。此次EUA,也是Focus Diagnostics开发的紧急感染性疾病诊断检测方法所收获的第二个EUA。在2009年,FDA首次授予该公司开发的一款商业化实验室检测方法EUA,用于2009年H1N1流感病毒的检测。

Quest也并非唯一一家开发Zika病毒检测的公司。今年3月,Chembio Diagnostics公司表示,正在与巴西生物技术组织BioManguinhos/Fiocrus开发POC(point-of-care,床旁护理)Zika检测技术,该工具可帮助科学家更好地了解Zika病毒与小头畸形之间的联系,并且已收获非常令人鼓舞的初步检测结果。

10. 美国FDA批准寨卡病毒分子诊断方法紧急使用授权
美国食品药品管理局(FDA)今天(2016年3月18日)宣布它批准一种基于PCR的寨卡病毒测试方法的紧急使用授权(Emergency Use Authorization, EUA)。该方法是由美国疾病控制与预防中心(CDC)开发的。

这种Trioplex实时RT-PCT检测方法一次测试便可检测病人样品中是否存在基孔肯雅病毒、登革热病毒和寨卡病毒。寨卡病毒、基孔肯雅病毒和登革热病毒感染的症状是类似的,因此利用一种基于PCR的测试方法进行早期检测可能是有利的,而据报道,免疫检测方法往往在这些病原体之间产生交叉反应。

美国CDC在一项声明中说道,将Trioplex测试分销到该监管机构检验室反应网络(Laboratory Response Network, LRN)中的获得认证资格的实验室,这种分销将在接下来的两个星期内开始,但是这种测试将不会提供美国医院或其他的基层医疗机构使用。

本月早些时候,美国卫生与公众服务部(Secretary of Health and Human Services)宣布因存在近期寨卡病毒流行病暴发的情况,批准寨卡病毒检测的体外诊断测试的紧急使用授权是合理的;而且美国CDC开发的一种免疫检测方法是首个被批准紧急使用授权的测试方法。

正如之前报道的那样,美国CDC也将提供一种基于PCR的只检测寨卡病毒的测试方法,以及获得认证资格的执行该监管机构开发的西尼罗河病毒测试或者能够进行寨卡病毒测试的州和地方实验室。



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