首次在活小鼠肺内见证凶猛病毒感染

《PNAS》报道：通过这项新技术，科学家们记录了两种不同流感病毒在肺内传播时肺部感染区血液流速降低程度、免疫细胞（中性粒细胞）的激活和行为，和身体损伤等作用差异。

　　

最近，威斯康星大学麦迪逊分校的病毒学家和流感专家Yoshihiro Kawaoka第一次在活小鼠的肺部观察到了活跃的流感病毒。6月25日《PNAS》杂志报道了Kawaoka团队使用的创新工具，他们将其命名为“FluVision”，这个神奇的工具允许研究人员在活体动物体内见证流感病毒感染，让科学家更好地了解肺部和身体应对病毒感染时会发生什么。

Yoshihiro Kawaoka

通过这项技术，科学家们记录了两种不同流感病毒在肺内传播时肺部感染区血液流速降低程度、免疫细胞（中性粒细胞）的激活和行为，和身体损伤等作用差异。

值得注意的是，一种高致病性*的禽流感病毒“H5N1”比另一种更温和的H1N1病毒感染更迅速，造成的机体损害更大。（*致病性指的是病毒引起疾病的能力）

为了在显微镜下观察活小鼠肺部，Kawaoka团队首先必须克服一些挑战：

第一是透视观察肺部的工具。另一组研究团队开发了一种名叫双光子激发显微术（two-photon excitation microscopy）的方法，Kawaoka团队将其改造用于观察活小鼠肺部，解决了首个难题。

第二是保障实验安全。为此，他们重新建立了一整套三级生物安全工作系统，文章一作Hiroshi Ueki帮忙设计将激光安置在三级生物安全舱外，通过一个小玻璃窗瞄准实验室内部的显微镜。所有设备都固定在稳定的平台之上，平台之间必须物理隔离，且在无形之中保持连接。

 与此同时，Kawaoka团队构建了荧光标记病毒，用这些病毒感染小鼠，以便在显微镜下用激光观察，他们将这种技术称为彩色流感（Color-flu）。

最后他们还必须想办法保证小鼠呼吸时一部分肺不随之晃动，这样才能获得高质量的图片和视频。他们定制了一款名为“胸腔窗（thoracic window）”的小型设备。该设备已经获得专利，它的原理是使用真空来稳定手术过程中暴露的一小部分肺。

研究人员用荧光标记的H5N1或H1N1感染小鼠两天后，他们观察到了肺部感染细胞内的病毒颗粒，三天后，感染细胞数量达到最高峰，H5N1感染细胞数量更多。

两种病毒感染都导致肺部毛细血管血流速变慢，H1N1感染引起的程度较小。这表明，病毒对肺部造成实质损伤之前已经开始影响血管系统。

小鼠暴露于H5N1病毒两天后肺部开始“渗漏”，即毛细血管内容物渗透至肺泡（alveoli），该指标与肺内死亡细胞数量增加存在关联。

“显然，肺毛细血管出了问题，”威斯康星大学病理生物学教授和东京大学教授Kawaoka说。“我们第一次记录了造成这种渗漏的某些原因，我们看到血管内皮细胞之间出现连接松动。”

研究病毒的感染机制有点类似“鸡生蛋还是蛋生鸡”，因为一旦感染开始，身体立刻做出反应引发一连串行动也会造成一些与病原体相关的损害。Kawaoka怀疑，肺渗漏是一种帮助身体抵御病毒的宿主反应。

他的团队选择了一种名为中性粒细胞（neutrophils）的免疫细胞，它们是人体的第一道防线的组成部分，这些细胞的启动激活会引发炎症。感染H5N1小鼠的中性粒细胞在暴露后第一天就被招募到了肺部，队伍一下扩增到了原始数量的6倍。相反，H1N1感染小鼠肺部中性粒细胞数量只增加了1倍。

在流感病毒感染细胞数量达到第三天的顶点后，中性粒细胞数量开始下降，但它们的行为与健康小鼠中的很不一样。研究小组发现，中性粒细胞有两种运动方式：缓慢和快速。在被流感病毒感染的肺中，峰值日后，留下来的中性粒细胞较少快速运动，大部分时间都在缓慢移动，好像在逐个侦察被感染的细胞。

“我们还不太清楚它们在做什么，为什么要这样行动？”Kawaoka说。“但是很高兴我们第一次把这种现象记录下来了，这对挖掘其他呼吸道病毒感染更深层次的机理也许能有帮助。我们正在研究免疫系统的工作机制，这篇论文观察到了有趣的现象，我们必须弄清楚到底发生了什么。”

原文检索：In vivo imaging of the pathophysiological changes and neutrophil dynamics in influenza virus-infected mouse lungs

（生物通：伍松）