人物专访

中国实验动物信息网专访赛业生物应用科学家刘璐博士:

ACE2小鼠模型在新冠疫苗研发中的应用

自2020年新冠疫情暴发以来,科学家们积极投入中和抗体药物与疫苗研发,而ACE2小鼠在中和抗体和疫苗研发中均发挥重要科研攻关作用。

【专访】刘璐博士:ACE2小鼠模型在新冠疫苗研发中的应用

2020年08月17日 浏览量: 来源: 中国实验动物信息网 发布者:

专访篇:

ACE2小鼠有什么独特优势和特征?ACE2小鼠模型的制备过程中需要攻克哪些关键点和难点?用于新冠疫苗研发有何特定要求?当前国内ACE2小鼠模型的研发现状及需求?ACE2小鼠模型在新冠疫苗研发方面取得了哪些重要成果?为此,本期中国实验动物信息网特邀赛业生物应用科学家刘璐博士就相关主题开展了专访,刘璐博士为我们做了详细的讲解。

中国实验动物信息网:非常感谢刘博士接受中国实验动物信息网的专访。自2020年新冠疫情暴发以来,科学家们积极投入中和抗体药物与疫苗研发,而ACE2小鼠在中和抗体和疫苗研发中均发挥重要科研攻关作用,请您介绍一下为什么要用ACE2小鼠?ACE2小鼠有什么独特优势?

刘璐博士:

我们所说的ACE2小鼠都是指人源化ACE2小鼠,就是将人的ACE2基因转入小鼠体内使其表达,而不同物种的ACE2基因存在差异,在对新冠病毒的探索过程中,我们知道了人源ACE2的353位氨基酸为赖氨酸,而小鼠和大鼠体内该位点为组氨酸,这种关键氨基酸的差异使得新冠病毒与不同物种受体结合的亲和力存在很大的差异,于是表现出普通实验小鼠不易感染病毒的现象,而在制备中和抗体和对疫苗进行研发及临床安全性验证之前,都需要进行动物实验,那么由于ACE2基因的物种特异性,就决定了我们必须制备人源化ACE2小鼠来最大限度模拟病毒入侵人类机体时的表现和临床症状,也因此在利用小鼠进行安全性评价上更有说服力。这就是我们为什么要用到人源化ACE2小鼠的原因。


而人源化ACE2小鼠的独特优势与基因本身的功能是分不开的,我们知道ACE2除了作为新冠病毒的受体蛋白之外,其本身是血管紧张素转化酶,在肾素-血管紧张素系统中发挥重要的调节功能,那么我们利用ACE2小鼠,一方面可以明确其与病毒结合过程中所发挥的重要作用,让我们更清楚的知道病毒的入侵方式从而研究应对方案,另一方面,可以对该基因功能进行进一步探究,是否可以作为其他病毒入侵的靶点。针对于新冠病毒,用人源化的ACE2小鼠模型可以最大限度的了解病毒入侵的机制,能够为疫苗安全性验证及中和抗体药物的开发提供动物水平的实验数据支撑。

中国实验动物信息网:ACE2小鼠模型的制备过程中需要攻克哪些关键点和难点?用于新冠疫苗研发有何特定要求?

刘璐博士:

在制备ACE2小鼠模型的过程中,我们要充分考虑由于小鼠ACE2和人ACE2蛋白存在结构上的差异,导致冠状病毒表现出对小鼠组织极低的亲和性,使得病毒感染效率低下,而ACE2人源化小鼠可以很好的解决这个问题。理论上最佳模型是将小鼠ACE2胞外域置换为人ACE2胞外域,使小鼠对冠状病毒敏感,而小鼠的跨膜区和胞内域则保留了ACE2小鼠胞内信号转导功能。而在众多的基因编辑方案中,Knockin的策略最好是用基因组序列替换,但由于ACE2基因较大(~50kb),用CRISPR/Cas9技术比较困难,获得阳性小鼠的概率相对来说要低一些,因此我们公司用基于ES打靶技术的优化的TurboKnockout技术来解决这个难题。对于疫苗研发,利用小鼠模型的目的是验证其安全性和效价水平,那么就需要前期的实验条件摸索,而针对不同品系制备的ACE2小鼠模型来说,我们认为需要根据各品系小鼠本身的优势,再针对性的进行实验验证或许会更好。

中国实验动物信息网:自疫情以来,ACE2小鼠非常紧缺,经过半年时间努力,那么当前国内ACE2小鼠模型的研发现状如何?能否满足新冠药物、疫苗研发等需求? 

刘璐博士:

的确是,病毒的突如其来,让我们都措手不及,在对病毒进行了解的过程中,我们发现hACE2小鼠非常的紧缺,好在现在的科技进步速度非常快,目前我国hACE2小鼠模型研究,有科研单位,也有企业在制备。像武汉病毒所制备了一款HFH4-hACE2小鼠,能够对SARS-CoV-2易感并产生与人类病毒感染相似的症状。还有广州呼吸研究所制备了腺病毒转导ACE2的小鼠模型,该模型能够很好的产生中和抗体,可用于对疫苗研究以及血浆疗法进行评估。中检院王佑春研究团队利用CRISPR/Cas9技术制备了人源化ACE2小鼠,这个模型还检测到可以通过胃内感染途径引起小鼠其他器官病毒的富集。 

我们赛业生物作为一家专业的模式动物公司,在新冠肺炎疫情爆发初期,便组织研发团队全力开发新冠小鼠模型。我们利用自主研发的基于ES打靶的TurboKnockout技术和经过优化的CRISPR-Pro技术同步开展BALB/c、C57BL/6J、C57BL/6N三种背景品系的人源化ACE2小鼠制备,并综合考虑不同基因编辑方式的优缺点,设计了多种基因打靶方案与构建策略,以满足客户不同研究目的和不同应用方向的需求,致力于为SARS-CoV-2药物筛选和疫苗的研发提供有价值的动物模型。目前国内几家公司的小鼠模型进展都差不多,陆续利用阳性小鼠进行实验验证,这些小鼠对疫苗的研发和药物开发都是非常重要的,从目前来看,小鼠阳性率还是比较高的,但是要大量扩繁,还需要等一段时间,我们赛业生物7月份已经获得F1代阳性小鼠,现在在进行大量扩繁中,争取以最快的速度满足科研端对抗病毒疫苗和药物研发的需求。

中国实验动物信息网:目前ACE2小鼠模型在新冠疫苗研发方面有哪些重要成果?取得哪些突破性进展? 

刘璐博士:

这么说吧,7月份对我们来说是好消息不断,至少在疫情笼罩了半年之久的今天,我们的疫苗研究有多项取得了突破性进展。我们知道I期临床是初步的药理学及安全性评价阶段,II期临床是治疗作用初步评价阶段,而III期是治疗作用的确诊阶段,因此这是一个漫长的过程,而目前新冠疫苗临床II期验证数据表明很多疫苗能够产生有效的中和抗体并发挥中和抗性,目前统计的由25种候选疫苗在临床试验阶段,其中有4项已经进入到临床III期阶段,如果这个阶段验证成功,那么疫苗就可以进行大规模生产及使用。具体有北京科兴生物、武汉生物制品研究所、北京生物制品研究所等制备的灭活疫苗进入临床III期,国外有一款腺病毒载体疫苗由牛津大学研发成功,也已经进入临床III期,我国军事科学院陈薇团队制备的同样一款腺病毒疫苗也成功完成II期,该疫苗Ⅲ期国际临床试验正在有序推进,剩下的关于RNA疫苗、DNA疫苗、蛋白亚单位疫苗等基因工程疫苗都有在进行。

中国实验动物信息网:请您介绍一下如何通过ACE2小鼠验证疫苗的安全及有效性的呢?有哪些验证/评价指标?

刘璐博士:

这是个很重要的问题,也是我们构建这个小鼠模型最重要的目的,这里我们需要知道疫苗的作用机理。疫苗本身就是病原体,只是通过人工技术手段做了减毒和灭活等处理,接种之后激活机体免疫系统产生相应的细胞免疫及体液免疫应答,从而产生抗体,来应对病原的再次入侵。那么通过ACE2小鼠来验证疫苗的安全性和有效性,主要是通过给小鼠接种病毒的方式,在接种病毒之前给药以及接种病毒之后给药,这个给药时间以及给药剂量都是需要预实验进行探索的,在能够产生与人类感染相似症状的各种适当实验条件下,来监测疫苗接种后小鼠出现的临床表现。具体来说,一方面要对疫苗本身的特性进行理化特性的分析,是否具有毒性物质,或者产生有毒物质的可能性,对不良反应进行观察,看是否有毒性大于抗性的效应,另一方面,对于疫苗的热稳定性进行分析,保证疫苗在一定的条件下能够相对稳定的储存运输及应用。验证指标的话就是上面提到的毒理性、热稳定性以及小鼠接种后的各种临床表现特征等。

中国实验动物信息网:再次感谢刘璐博士接受中国实验动物信息网的特邀专访。

刘璐 博士 赛业生物应用科学家

毕业于华中农业大学病原微生物国家重点实验室,主要从事病原微生物学的研究。

具有多年传染病研究经验,在冠状病毒研究领域也有丰富的积累,已发表数篇高质量学术论文。现任职于赛业生物科技,负责模式动物的应用研究及趋势分析。