王麟助理教授:戊型肝炎临床表现和动物模型

学术   2025-01-21 18:01   北京  

编者按

戊型肝炎病毒(HEV)感染是全球急性病毒性肝炎重要病因,其危害不容忽视。据世界卫生组织(WHO)估计,HEV每年约造成2010万人感染,330万人发病,超过4万死亡案例及3000例死胎。HEV基因1型(HEV-1)是主要致病基因型。然而,目前研究数据显示及领域内普遍认为HEV-1只感染人类。由于HEV-1严格的宿主界限,缺少可用的免疫健全的小动物模型,严重制约了对其致病机制和防治策略的研究。在近期举行的2024上海市医学会医学病毒专科分会年会暨病毒学进展研讨会暨第九届京沪病毒学论坛上,北京大学基础医学院病原生物学系王麟助理教授分享了戊型肝炎临床表现和动物模型研究进展。


戊型肝炎流行病学

HEV是单股正链RNA病毒,基因组全长约7.2kb,主要有三个开放阅读框(ORF1-3)。HEV存在准包膜和无包膜两种形态。ORF1主要编码病毒的非结构蛋白;ORF2编码病毒衣壳蛋白和一种分泌型游离抗原;ORF3编码蛋白与病毒释放相关:尹鑫研究员和我们课题组的最新研究解析了ORF3蛋白参与病毒释放的具体机制(点击查看相关链接)。丁强研究员也曾报道ORF3蛋白具有孔蛋白功能,参与病毒释放[1]

当前的研究及教科书中普遍认为HEV基因1型(HEV-1)只感染人并仅在人际间传播,主要在发展中国家和地区流行,通过污染水源或密切接触造成传播,并且能够导致大规模黄疸型肝炎暴发。据WHO估算,全球每年约2010万人感染HEV-1和HEV2(主要为HEV-1)。人感染HEV-1后通常表现为急性自限性,一般不会导致慢性感染,但孕妇感染后会出现严重疾病表现,病死率可达20%,并且可导致流产、死产和母婴传播等不良妊娠结局;合并慢性乙肝感染死亡率最高可达35.7%[2-3]


HEV-3引起的慢性戊型肝炎患者日益增加。免疫抑制人群,特别是器官移植受者感染HEV后,70%可进展为慢性戊型肝炎,并有约10%可在2~3年内快速进展为肝硬化[4]。免疫健全者近年来也发现存在慢性HEV感染,主要集中在献血者中。目前没有特异性治疗HEV的抗病毒药物。


此外,HEV是5种人类肝炎病毒中唯一的人兽共患病毒。一项研究[5]评估了887种病毒的溢出风险,发现SARS-CoV-2排名第2位,而HEV排名第6位。HEV存在大量的动物宿主,动物HEV跨种感染人的事件频发。


戊型肝炎临床表现

HEV具有多组织嗜性并可引发肝外疾病:可在脑脊液中检测到HEV RNA,可经过尿液和精液排毒,可在肠细胞、人胎盘组织和人睾丸组织中复制等[6-8]


图1. HEV可在多器官组织中复制并引起损伤(制图:Biorender)


慢性HEV感染的男性患者中存在长期精液排毒的现象。德国学者[7]发现男性慢性戊肝患者精液中长期存在高载量HEV RNA,免疫电镜观测到完整病毒颗粒;扩大样本研究发现,男性慢性戊肝患者普遍存在精液排毒现象。而最新研究[9]发现,慢性戊肝患者精液中的HEV可感染细胞,证明了患者经精液排出的HEV具有感染性。


目前,HEV研究缺乏高效理想的感染模型,致病机制和跨钟传播机制亟待阐明,以及缺少特异性抗病毒药物。野生型HEV在永生细胞系中极难培养,啮齿动物对人HEV不易感,缺少免疫健全小动物模型[10]


戊型肝炎动物模型研究进展

慢性HEV感染免疫抑制兔模型的建立

2022年,王麟课题组发表在Hepatology杂志的研究,通过使用环孢素A诱导兔的免疫抑制,再进行HEV攻毒,成功建立了稳定的HEV慢性感染免疫抑制兔模型[11]:表现为持续高水平的粪便排毒,肾脏、脑脊液和肠道组织HEV RNA高水平尿液抗原。临床患者分离株也在免疫抑制兔中建立慢性感染,涵盖了多个不同基因型,人HEV-3和HEV-4分离株感染兔在部分免疫抑制兔中建立慢性HEV感染,并在转录水平进行了致病性方面的探索,最后利用这个模型进行了抗病毒药物和疫苗预防的评估,表明免疫抑制剂服用前完成免疫,可完全保护抑制后的感染。

图2. 部分慢性感染兔可在肝中发现胶原纤维形成


2024年,课题组在前述研究基础上进一步发现,无论在攻毒HEV时或攻毒4周后使用环孢素A诱导免疫抑制,兔子均100%出现HEV慢性感染,提示HEV暴露或急性感染时出现免疫抑制也会发生慢性化[12]。体外和临床研究表明,不同类型的免疫抑制剂对HEV复制和慢性感染的发生具有不同的作用,他克莫司或泼尼松龙更容易诱导兔HEV慢性感染的发生,而霉酚酸则相对要更安全。以往慢性HEV感染动物模型的研究主要采用联合多种免疫抑制剂诱导免疫抑制,而本研究结果表明,单独使用他克莫司或环孢素A诱导免疫抑制,即可建立稳定的HEV慢性感染,进一步优化了HEV慢性感染兔模型的建模策略。


图3. 环孢素A(CsA)使用时机对HEV慢性感染的影响


HEV-1感染沙鼠模型建立

2024年4月,王麟课题组在Gastroenterology杂志上发表题为“An Immunocompetent Mongolian Gerbil Model for Hepatitis E Virus Genotype 1 Infection”的研究论著[13],证明长爪沙鼠对HEV-1易感,更新了目前领域内对HEV-1的种属范围认识,并建立了免疫健全的小动物感染模型。该研究发现,HEV-1可以通过腹腔注射方式感染老年雄性的长爪沙鼠,初期感染效果欠佳,表现为粪便排毒水平较低。但是通过在老年雄性长爪沙鼠体内连续传代,HEV-1的感染效果显著提高并且能够在成年沙鼠体内高效复制。通过对感染HEV-1长爪沙鼠的进一步观察,作者发现其能够再现急性戊肝的典型指征,比如稳定粪便排毒、病毒血症、肝酶升高、血清学转化、肝脏组织病理学改变以及病毒的自发清除。同时,该沙鼠感染模型还可用于疫苗保护效果评估、抗病毒药物疗效评价和妊娠感染致病性等相关研究。综上,该研究明确了长爪沙鼠对于HEV-1的易感性,更新了现阶段研究领域对于HEV-1宿主范围的认知;明确了长爪沙鼠感染HEV-1后的病毒学和临床疾病动态指标并建立感染性cDNA克隆,标准化HEV-1感染长爪沙鼠模型,解决了目前缺少可用于研究HEV-1感染的免疫健全的小动物模型的领域难题;为理解HEV-1宿主界限以及跨种传播机制提供了重要工作基础。前国际抗病毒学会主席Johan Neyts受到杂志邀请为该论文撰写“编者按(Editorial)”。该工作的第一作者为刘天旭博士。


图4. HEV-1感染沙鼠模型的建立及应用


利用LNP递送系统建立肝炎病毒感染动物模型构建的新范式

最近,秦成峰研究员联合王麟课题组在Gut杂志上发表题为“Establishment of enterically transmitted hepatitis virus animal models using lipid nanoparticle-based full-length viral genome RNA delivery system”的论文[14]。研究者通过将体外转录后加帽的全长HAV和HEV基因组RNA包裹于脂质纳米颗粒(LNP),通过静脉注射的方式分别接种到Ifnar1-/-小鼠和兔中,建立了HAV和HEV的感染模型。LNP-vRNA(HAV) 感染小鼠可出现粪便排毒、肝组织核酸阳性、血清抗体阳转、血清ALT水平升高、肝脏组织病理学损伤等与临床急性甲型肝炎患者相似的临床表现及病毒学动态变化。


LNP-vRNA(HEV)接种兔后同样可出现粪便排毒、尿液抗原阳转、病毒血症、血清抗体阳转、肝脏组织病理学损伤等与临床急性戊型肝炎患者相似的临床表现及病毒学动态变化,免疫组化实验还可观察到兔子肝脏组织中HEV ORF2蛋白的表达。同时,研究团队还在兔感染模型中发现,LNP-vRNA (HEV)感染呈现剂量依赖性。


随后,研究者将LNP-vRNA (HEV) 接种兔,用于抗病毒药物及疫苗评估。结果显示抗病毒药物利巴韦林治疗可显著降低兔子的粪便HEV RNA水平、缩短排毒时间以及降低肝脏、胆汁组织内HEV RNA水平。组织病理学结果也提示,利巴韦林治疗可有效减轻兔的肝组织损伤。疫苗免疫后的攻毒实验也证明了疫苗可保护兔免受LNP-vRNA (HEV) 感染。


该模型的另一项重要优势是可在分子水平对病毒基因组进行编辑和改造,研究团队通过删除性突变的方式构建了兔HEV特异性片段——ORF1中93nt的缺失质粒,并通过LNP递送系统进行了兔子接种,接种后发现缺失突变组仅呈现一过性粪便排毒且各组织内HEV RNA水平显著降低。以上结果表明,ORF1中93nt的缺失对兔HEV具有致死性。最后,研究团队进一步将LNP-vRNA策略扩展到长爪沙鼠中,通过LNP递送系统封包了细胞适应性人HEV3毒株并进行了沙鼠接种,结果证明该LNP递送系统同样适用于长爪沙鼠。


综上,研究团队开发了一个全新的平台,可以使用LNP递送全长病毒基因组,在体内快速、无需细胞培养的建立经肠道传播的肝炎病毒感染。建立的动物感染模型可用于野生型病毒的快速扩增、发病机制研究、抗病毒药物及疫苗评估和分子病毒学研究。同时,为未来其他病毒研究使用该平台提供了思路。该工作的第一作者为刘天旭博士和李剑博士。


图5. 研究摘要


  小  结  

HEV的病原学及致病机制面临诸多未解的科学难题,而缺乏理想的感染模型则严重阻碍了相关研究的深入发展。目前能够感染HEV-1的动物模型有非人灵长类动物和人肝嵌合小鼠,但前者存在成本高以及伦理等问题,后者则由于免疫缺陷状态使得免疫相关研究无法开展。因此,对于解析HEV-1的致病机制、病毒学特征以及评估相应的预防和治疗手段仍然缺乏可及性高的免疫健全的小动物模型。王麟课题组与鲁凤民教授、秦成峰研究员和尹鑫研究员等合作者们深入探究了前沿动物感染模型的构建方法,探索了这些模型在促进HEV诊断、预防及治疗策略研发中的重要作用,并进一步建立了肝炎病毒感染动物模型构建的新范式,为揭示其致病机制及推动防治策略的研究提供了强有力的支持。


参考文献:(上下滑动查看更多)

1.Das A, et al. Nat Rev Microbiol. 2023

2.WHO. https://www.who.int

3.Desai AN, et al. Emerg Infect Dis. 2022

4.Kamar N, et al. NEJM. 2008

5.Grange ZL, et al. PNAS. 2021

6.Pischke S, et al. J Hepatol. 2017

7.Horvatits T, ,et al. J Hepatol. 2021

8.Dalton HR, et al. Nat Rev Neurol. 2016;

9.Schemmerer M, et al. J Med Virol. 2024

10.Nimgaonkar I, et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2018

11.He Q, et al. Hepatology. 2022;76:788-802.

12.He Q, et al. J Virol. 2024

13.Liu T, et al. Gastroenterology. 2024;167(4):750-763.e10.
14.Liu T. Rt al.  Gut. 2024.


专家简介




王 麟  助理教授

北京大学基础医学院


助理教授,博导。

主要从事重要肝炎病毒病原学和人兽共患病毒相关研究。

近五年以通讯作者在Gastroenterology、Gut、PNAS、Hepatology(3篇)、JVI等期刊发表论著。

入选中国科学技术协会青年人才托举工程。

主持国家重点研发计划课题,国自然面上项目等。

中华预防医学会感染性疾病防控分会委员,中国微生物学会病毒学委员会青年委员。



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来源:《感染在线Infection Online




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