利用无脊椎杆菌作为感染模型研究结核分枝杆菌复合物

结核病是全球公共卫生的主要威胁,每年有900万新发病例和150万^例死亡。此外,据估计,世界人口的四分之一感染了该病的病原体,肺结核分枝杆菌(Mtb)。在受感染人群中,5-10%的人在其一生中会发展为活动性结核病。此外,耐多药药(MDR)和广泛耐药Mtb的出现和蔓延对疾病控制构成严重威胁,123个国家报告至少有一例XDR病例1。结核病的治疗需要至少四种抗霉菌药物的鸡尾酒,其中无尼菌和利福平的处方期限至少为六个月;治疗通常与复杂的副作用和毒性相关。唯一获得许可的结核病疫苗,博维斯杆菌杆菌(BCG)的保护是可变^的2。对结核病发病机制的不完全了解严重阻碍了新的治疗和疫苗接种策略的发展。

几十年来,动物感染模型对于结核病研究了解感染的基本发病机制和宿主反应,以及评估新型抗分菌制剂、免疫疗法和新疫苗候选药物至关重要。 ^4.然而,使用结核病动物感染模型的研究是出了名的困难,因为结核病感染的发病机制和进展是复杂的,并且没有一个单一的动物模型可以模仿疾病的全部谱系和重要^{特征5 ,6}.此外,动物实验费用昂贵,耗时,需要充分的道德理由。然而,在非人类灵长类动物(如猴)、豚鼠、兔子、牛、猪、小鼠和斑马鱼中,有结核病的动物感染模型,每种都有其局限性3、4。由于成本、近亲繁殖系的可用性、感染的可重复性和免疫试剂的丰富性,鼠类模型是最常用的模型。然而,它们通常不会形成与缺氧区域相关的肉芽肿,这些缺氧区域是潜伏性肺结核感染(LTBI)6。几内亚猪极易感染Mtb,病理学和早期肉芽瘤形成与人类相似,并广泛用于疫苗测试;然而,缺乏免疫试剂阻碍了他们作为感染^模式7的使用。斑马鱼由于其体积小、繁殖速度快、遗传工具先进,在临床前研究中适合大规模筛选,但在解剖学和生理上与人类不同,只易受到分枝杆菌感染³.最类似于人类Mtb感染的动物模型是非人类灵长类动物(例如,猴),但它们价格昂贵,并且具有重要的伦理和实际考虑,大大限制了它们的使用8。

大蜡蛀虫或蜂窝蛀虫的昆虫幼虫,作为各种细菌和真菌病原体的感染模型,作为新型抗菌药物候选药物的屏幕,已越来越受欢迎¹⁰. G. 梅隆纳是一个成功的无脊椎动物模型,由于其复杂的先天免疫系统(由细胞和体液防御组成),与脊椎动物的高度结构和功能相似性11.这包括免疫机制,如血细胞对病原体的噬菌体(功能上类似于哺乳动物巨噬细胞和嗜中性粒细胞)12、13、抗微生物肽(AMPs)的生产和循环,以及G. 梅隆内^拉11的血淋巴(类似于哺乳动物血液)中的补体状蛋白质。其他优势9,^14,15的G. 梅隆拉幼虫模型包括 1) 其大尺寸 (20–30 毫米), 允许容易的操作和感染, 以及组织和收集用于分析的溶量,2)在37°C下易于维护,兼容研究人类病原体,3)无需麻醉而注射精确感染,4)抗菌剂的疗效可评估使用较少的药物进行评估,5)缺乏与使用哺乳动物相比,伦理限制,6)大组尺寸可以使用相比动物模型,允许更大的可重复性,7)更短的时间进行感染实验。

在最近的一项研究中,我们证明了G.mellonella可以作为一种新的感染模型来研究生物发光M.bovis BCG lux的感染发病机制,这是一种转基因版本的疫苗菌株和成员Mtb综合体(MTBC)16。虽然G. 梅隆纳以前曾被用作非结核分枝杆菌(NTM)的感染模型,主要是M.Marinum和分枝杆菌^脓肿17,18,使用MTBC的研究仅限于李等人^的16。生物致发光非致病性分枝杆菌菌株,可在密封水平(CL)2用作Mtb的代用品,比致病性分枝杆菌具有安全性和实用性的优点。在感染BCG lux后,幼虫开始发展早期肉芽肿样结构,这可能为了解先天免疫在结核病^感染16的建立中的作用提供有价值的见解。此外,这种简单的无脊椎动物感染模型有可能为结核病发病机制提供快速、低成本和可靠的评估,包括受控挑战和多重复制,以实现可重复性。此外,该模型还有可能用于筛选早期开发中的新型抗结核药物和疫苗候选药物,从而减少实验动物的总数。测量宿主和病原体结构、转录组和蛋白酶的变化以确定药物靶点和评估新药和治疗性疫苗作用机制的能力也是有益的。

在这里,我们描述了制备生物发光体 M. bovis BCG lux 接种剂和G. 梅隆ella幼虫用于分体细菌感染的实验方案,以及幼虫和分乳杆菌的测定因感染而存活。