新冠康復後會再感染?恒河猴試驗:不僅不會還能免疫
中國醫學科學院醫學實驗動物研究所、北京協和醫學院、首都醫科大學附屬北京安貞醫院的研究團隊在預印本網站bioRxiv在線發表了最新研究“感染新冠病毒的恒河猴不會發生再感染”(尚未經同行評議),首次利用非人靈長類模型回答了“康復後是否會再次感染”問題。
研究團隊認為,這項研究的結果表明,初次新冠感染可以保護後續暴露,這對疾病的預後有參考價值,並對疫苗設計有重要意義。更重要的是,恒河猴模型再次感染未成功這一點提示,目前出院患者的“复陽”不可能是由於再感染所致,需要考慮更複雜的問題來找出原因。
據估計,自2月以來,廣東省和其他地區約有14%的出院病人出院後檢測結果呈陽性,這些患者不得不返回醫院繼續進行觀察。患者從最初感染中恢復後是否有“復發”或“再感染”的風險?這一疑問引起了全世界的關注。
該論文的通訊作者為中國醫學科學院醫學實驗動物研究所所長秦川。秦川為國務院特殊津貼專家,主要從事實驗病理學研究,是研究所神經退行性疾病課題組負責人,創建了系列神經退行性疾病模型、我國最大的人類疾病動物模型資源庫、比較醫學技術平台和國家傳染病動物模型技術平台。並在長期從事人類疾病動物模型研製、疾病機理研究與藥物開發等模型應用中,開創了醫學比較醫學學科。值得一提的是,此前的2004年和2014年,秦川團隊先後建立SARS-CoV感染和MERS-CoV感染的恒河猴模型。
此前的2月18日,科技部生物中心在北京組織召開新型冠狀病毒感染肺炎動物模型的鑑定會,對中國醫學科學院醫學實驗動物研究所構建的轉基因小鼠模型和恒河猴模型分別進行了鑑定。
試驗設計和样品採集,Dpi為初次感染試驗後,Dpr為再次感染試驗後。
研究團隊此次使用了4只成年恒河猴(編號M1-M4,3-5千克,3-5歲)來幫助解決這一關鍵問題。這4隻猴子通過氣道接種了50%組織細胞感染劑量(TCID50)新冠病毒,研究團隊採集了它們體重、體溫、X射線、抽樣血清、鼻/咽/肛拭子和所有主要組織數據。
縱向跟踪臨床症狀、病毒複製和免疫反應。
初次感染後,4隻猴子中的3只顯示出體重減輕,範圍在200克至400克之間,但4隻猴子均未觀察到所有動物直腸溫度的變化。其他臨床症狀如食慾下降、呼吸頻率增加和彎腰駝背的萎靡症狀在初次感染後短暫出現。
接下來,研究團隊沿著感染後的時間軸測定了它們在呼吸道和肛門拭子中的病毒載量。鼻拭子和咽拭子的病毒載量在感染後3天(Dpi)達到最高水平(平均約6.5 log10 RNA拷貝/毫升),然後自然下降。同樣,肛門拭子的病毒載量在感染後3天時達到4.5 log10 RNA拷貝/毫升的峰值,然後在感染後14天時下降到無法檢測到的水平。
縱向追踪組織病理學和胸部X光。
為了確定新冠病毒感染猴子的病毒分佈和組織病理學變化,在感染後7天時,研究團隊對M1猴子實施安樂死並剖檢。
M1猴子的鼻子(107-108拷貝/毫升)、咽(105-106拷貝/毫升)、肺(104-107拷貝/毫升)、腸道(104-106拷貝/毫升),脊髓(大約104拷貝/毫升)、心(大約104拷貝/毫升),骨骼肌(大約104拷貝/毫升)和膀胱(大約104拷貝/毫升) 這些部位都發現了新冠病毒複製。
經HE染色及新冠病毒spike蛋白抗體染色證實,病變主要發生在的肺內,表現為輕度至中度間質性肺炎,尤其肺泡間隔增厚、肺泡內巨噬細胞積累,肺泡上皮細胞退化、炎性細胞浸潤。
此外,感染後7天胸片顯示右肺上葉有不同程度的局部浸潤及間質標記,呈輕度至雙側磨砂玻璃樣混濁。
在對剩下3隻猴子的縱向追踪中顯示,相比於感染後3天和7天,M2、M3和M4的特異性抗體水平在感染後14天、21天和28天水平顯著升高。
通過對剩下3隻猴子在初次感染後28天時體重、直腸溫度、鼻咽和肛門拭子病毒載量、胸部X光等的觀察,研究團隊認為,這3隻猴子已經從初次新冠病毒感染中恢復。類似符合目前的患者臨床出院評估標準(無臨床症狀和放射學異常,2次RT-PCR檢測結果陰性)。
隨後,研究團隊進行再次感染試驗。M3、M4兩隻猴子在初次感染後28天重新經氣道接種了相同劑量(1×106 TCID50)新冠病毒,M2猴子不再進行攻毒試驗成為對照組。
所有3隻猴子顯示均沒有體重減輕,但在再次暴露的2隻猴子中都觀察到體溫短暫升高。再次暴露新冠病毒後,鼻咽和肛門拭子中的病毒載量呈陰性。
相應地,M3猴子在再次暴露後(Dpr)5天被安樂死並剖解,以確認再次暴露後病毒複製和引起的組織病理學變化。
與初次感染7天時解剖的M1猴子相比,再次暴露後5天解剖的M3猴子所有組織均無病毒複製,肺組織無病理損傷、無病毒抗原。胸片顯示M4猴子在感染後5天時未見異常,與再次暴露前(初次感染後28天)相似。
因此,研究團隊認為,他們的結果提示,感染新冠病毒的猴子在康復後不會再次感染同一病毒。縱向上看,這項研究中僅單次感染的猴子(M2)康復後也未出現復發現象。
論文中提到,據此前的一些研究,高水平的中和抗體對SARS-CoV感染有保護作用,但低水平的中和抗體更容易增強SARS-CoV感染,並觸發抗體依賴增強效應(ADE) 。
這項研究表明,在初次感染21天和28天時,1:16 (M2, M4)和1:8 (M3)的抗體滴度具有中和作用。再次暴露後,M4的抗體滴度在再次暴露5天和14天時提高到1:40,而M3在再次暴露5天時保持了1:8相同的滴度。在這項研究中,再次暴露於新冠病毒的猴子身上沒有發現抗體依賴增強效應。
研究團隊認為,由於此次動物試驗的中和抗體與康復病人的中和抗體相當,這一發現將對評估疫苗開發具有重要意義。
他們分析,從研究團隊目前對猴子的縱向研究來看,如果猴子在初次感染後的早期產生中和抗體,則不會發生再感染。這也就意味著,康復患者在建立了足夠的特異性抗體以產生對新冠病毒的免疫力時,就不會再被傳染。
另一方面,在再次暴露的猴子身上,在所有主要組織中都沒有檢測到病毒複製,這意味著冠狀病毒可能不會存留很長時間。
研究團隊據此分析,對於出院患者檢測結果再次為陽性的現象,可能是由於出院前RT-PCR檢測結果為“假陰性”,也可能是由於患者雖然符合出院標準,但沒有完全恢復。因此,進一步完善診斷技術、抗體監測和下呼吸道樣本檢測是治愈新冠病毒感染的關鍵。
論文原文鏈接:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.13.990226v1