《Laboratory Animal Research》：Rethinking non-human primate models for emerging viral infections after COVID-19
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摘要专业翻译
非人灵长类（NHPs）在新兴病毒感染研究中仍具有独特价值，尤其当研究问题需要整合分析全身性病毒动力学、保护性免疫、组织病理学或纵向结局时。然而，其成本高昂、可用性有限、饲养管理专业要求高以及伦理约束等因素，限制了其作为常规默认筛选平台的广泛应用。
摘要专业翻译
非人灵长类（NHPs）在新兴病毒感染研究中仍具有独特价值，尤其当研究问题需要整合分析全身性病毒动力学、保护性免疫、组织病理学或纵向结局时。然而，其成本高昂、可用性有限、饲养管理专业要求高以及伦理约束等因素，限制了其作为常规默认筛选平台的广泛应用。本研究以严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）为案例，比较了恒河猴、食蟹猴、非洲绿猴、狒狒和绒猴在发病机制、疫苗保护、治疗疗效、免疫记忆和急性期后结局研究中的贡献。研究人员强调，这些物种–研究问题之间的对应关系不能不加批判地移植到未来的病原体中；模型适用性必须根据受体使用、组织嗜性、疾病表型和实验目标重新确立。AI引导的预测、人类类器官和器官芯片系统可通过优先排序变异株和候选物、识别组织特异性机制以及在NHP研究启动前优化终点指标来支持这一过程。因此，研究人员提出了一种问题驱动的工作流程，在该流程中，计算平台和人类相关平台在针对特定用途的NHP验证之前缩小证据缺口。该策略可提高可解释性、可重复性，并与3Rs原则保持一致，同时将NHP保留用于需要完整生物体水平生物学的研究问题。
论文主体内容专业总结
SARS-CoV-2作为问题驱动NHP模型选择的案例研究
SARS-CoV-2为重新评估NHP模型在新兴病毒感染中的选择和部署方式提供了极具参考价值的案例。核心问题不在于识别一个普遍优越的物种，而在于每个模型与特定研究问题的匹配程度。在COVID-19大流行期间，NHP研究至少涉及五个不同目标：发病机制与组织嗜性、疫苗效力与保护相关性、治疗评估、免疫记忆与再感染，以及急性期后遗症。
物种特异性概述
猕猴模型。 恒河猴在鼻内和气管内感染后，可重复地在上下呼吸道产生高病毒载量，伴有肺部浸润、间质性肺炎和短暂临床异常，通常在1–3周内消退。该模型拥有成熟的免疫学工具集，包括结合和中和抗体检测以及功能性T细胞分析，并拥有NHP模型中最广泛的证据基础之一。其主要局限在于大多数动物仅表现轻至中度呼吸道疾病，严重或致死性疾病的发生不一致。食蟹猴在上呼吸道和下呼吸道均能产生有效病毒复制，但主要发展为轻度或无症状疾病。疾病严重程度和炎症表型随年龄和代谢状态变化，使宿主异质性成为设计合理研究中的潜在信息性特征。其主要局限在于严重终末期病理发展不一致，且NHP研究通常采用的小队列规模限制了对个体间变异性的正式分析。
非洲绿猴（AGM）模型。 AGM可发展出显著的炎症性肺损伤，尤其在老年动物中，包括弥漫性肺泡损伤和失调的肺部免疫应答。疾病严重程度呈年龄依赖性：年轻AGM通常表现为自限性间质性肺炎，而老年动物可能进展为类似急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的病理状态。连续18F-FDG PET/CT成像能够灵敏检测肺部炎症，包括临床体征极少的亚临床病灶。其主要局限在于个体间变异性较高，且标准化程度不如猕猴平台。
狒狒模型。 狒狒体型较大，部分既有群体中可获得伴有自然合并症的老年动物。与恒河猴相比，狒狒可能表现出更持久的肺部炎症反应。其体型和已建立的PET等成像研究应用可能有利于成像密集型评估和纵向设计中的重复采样。在SARS-CoV-2研究中，这些特征可能支持成像密集型和纵向研究设计，但直接证据仍然有限。狒狒对年龄或合并症相关疾病可能具有参考价值，但其较小的证据基础和较少广泛采用的方案仍是重要制约因素。
绒猴模型。 绒猴在实验暴露后表现出低易感性、极少的病毒复制以及仅短暂、轻微的临床异常，其允许性显著低于旧世界灵长类。其体型较小可能为探索性研究提供实际优势，但有限的感染和疾病表型显著限制了其作为SARS-CoV-2主要致病机制或效力模型的价值。
问题驱动综合
发病机制与组织嗜性。 恒河猴为表征呼吸道病毒动力学和早期先天免疫应答提供了成熟平台。鼻内和气管内接种可在上下呼吸道产生一致的病毒载量，伴有I型干扰素应答以及髓系和淋巴样细胞向肺部的募集。食蟹猴显示大致可比的感染特征，但在检查与年龄和代谢状态相关的宿主异质性方面尤其具有信息价值。这些模型共同提供了从猕猴以自限性呼吸道疾病为主到老年AGM中ARDS样肺损伤的谱系，从而能够比较与不同结局相关的组织水平免疫程序。在解剖分辨率层面，食蟹猴的空间转录组学已识别出微解剖学上不同的肺部应答，而猕猴模型的胸部成像可将影像学异常与组织病理学发现进行比较。AGM则增加了更显著的炎症性疾病视角，具有强烈的肺部干扰素和IL-6相关激活、外周NK和T细胞特征减少以及肺和淋巴组织中的时序调控应答。模型选择因此取决于主要目标是标准化呼吸道感染和组织分布分析，还是表征更显著的炎症性肺表型。
疫苗效力与保护相关性。 恒河猴疫苗研究已建立了挑战前免疫应答与后续保护之间的定量关系。核苷修饰mRNA疫苗诱导强效中和抗体和Th1偏向的细胞应答，并显著减少病毒复制，尤其在下呼吸道。中和抗体滴度与保护相关，被动转移研究则证明了剂量依赖性IgG介导的保护作用，以及在抗体水平亚保护时T细胞的额外贡献。这些发现使恒河猴成为定义疫苗保护相关性方面特征最明确的模型。其他NHP物种扩展而非简单复制这一证据基础：猕猴挑战研究评估了针对Omicron变异株的保护作用，食蟹猴实验测试了针对抗原性不同毒株的RBD缺失刺突免疫原。狒狒主要贡献于免疫原性强度和持久性评估。疫苗研究的关键区别因此不在于疾病严重程度，而在于所需证据类型：保护的定量相关性、变异株特异性挑战或持久免疫原性。
治疗评估。 治疗研究中的模型选择主要取决于预期作用机制。直接抗病毒药物需要可重复的病毒动力学，而宿主导向或疾病修饰干预则需要可测量的炎症表型。恒河猴一致的呼吸道病毒动力学支持定量抗病毒评估。早期瑞德西韦（remdesivir）治疗可降低肺部病毒载量、肺部病理和临床疾病严重程度，直接证明了该模型在抗病毒效力测试中的价值。当治疗靶点为炎症或组织损伤时，AGM可能比轻度疾病猕猴模型更具参考价值，因为其可发展出更显著、区室化的炎症表型，包括与人类严重疾病重叠的肺部干扰素和IL-6相关激活及免疫特征。然而，直接评估SARS-CoV-2感染AGM中抗炎或疾病修饰干预的已发表研究仍然有限。当前证据基础因此是不对称的：抗病毒效力已在恒河猴中直接得到证明，而宿主导向疗法在能更好再现严重炎症性疾病的模型中仍相对未充分探索。
免疫记忆、再感染与黏膜免疫。 全身性保护和回忆免疫已在恒河猴中得到最直接证明。初次感染可防止再次挑战并诱导快速回忆应答，后续研究则表征了交叉变异株中和、抗原关系和先前暴露及免疫印记对回忆应答的影响。这些应答不限于循环系统，在呼吸道组织中也检测到局部免疫活性。食蟹猴研究提供了组织水平免疫的特别详细分辨率。呼吸道组织和引流淋巴结分析已定义了感染后的局部免疫记忆。一项独立的再挑战研究显示，尽管病毒PCR阴性，一只老年食蟹猴仍能有效控制病毒复制但出现短暂肺炎，提示回忆免疫可能无法完全预防免疫介导的肺部病理。无可检测中和抗体情况下的病毒清除进一步支持细胞或其他非中和机制的作用。可用证据基础因此是互补而非可互换的：恒河猴研究在全身性回忆和交叉变异株保护方面最强，而食蟹猴研究则提供局部免疫记忆及其保护性或病理学后果的更精细分辨率。
急性期后遗症与纵向结局。 急性期后遗症不能仅通过急性病毒载量评估。其需要重复评估临床、影像和组织水平异常，区分持续性病毒信号与免疫介导损伤，并分析肺外结局。猕猴急性期后研究已在急性期后检测到肺部和肺外组织中持续的病毒复制和病理。恒河猴肺样本中已报道SARS-CoV-2相关的泡沫细胞积聚伴有促纤维化和促血栓特征，提示持续组织损伤的潜在通路。食蟹猴和AGM贡献了不同的纵向优势。食蟹猴的全身免疫PET可实现重复、非侵入性的解剖分布病毒抗原或相关组织信号可视化，而纳米抗体PET示踪剂可将监测扩展到感染相关炎症变化。AGM将结局谱扩展到呼吸道之外，感染后报道了持续高血糖及相关炎症特征。狒狒可能适用于选定的纵向研究，因为其体型有利于重复成像和系列采样，但该物种中SARS-CoV-2急性期后遗症的直接证据仍然有限。纵向研究因此可能受益于结合恒河猴研究的机制深度与食蟹猴和AGM的非侵入性成像及肺外优势。在这些主要实验目标中，绒猴的低易感性和有限疾病表型限制了其实用性，主要作为探索性或小众模型。
灵长类模型的战略部署
COVID-19研究表明，NHP模型的价值取决于实验问题而非固定的物种等级。然而，这些科学优势并未消除NHP研究的转化局限性。物种间在免疫架构、基线微生物学、衰老和疾病严重程度方面的差异制约了普适性。由于模型适用性往往仅在比较研究后变得明确，仅依赖NHP的方案可能无法高效进行早期模型鉴定和候选物优先排序。新方法学（NAMs）可在体内研究启动前减少这种不确定性。计算方法可估计受体兼容性、病毒进化和候选机制；类器官可测试人类组织允许性和上皮应答；器官芯片系统可识别需要生物体水平评估的屏障、血管或免疫相互作用。NHP研究随后可聚焦于涉及全身性保护、整合炎症病理和纵向结局的问题。
AI与计算建模
AI已成为传染病研究中日益重要的上游工具，因其可在实验无法探索的规模上整合基因组、结构和流行病学数据。在SARS-CoV-2中，机器学习和深度学习模型已被用于预测突变适应性、免疫逃逸和候选未来序列，从而在变异株和抗原成为人群主导之前实现优先排序。AI正在通过药物重定位模型、结构引导抗体设计、AlphaFold支持的工作流程和多智能体虚拟实验室系统等途径转变治疗发现。与感染模型研究特别相关的是AI赋能表型分析在动物实验中的应用。计算机视觉、无标记姿态估计、自动识别和深度学习图像分析等技术可将定性观察转化为标准化数字表型，从而增强NHP研究的客观性、可重复性和可扩展性。然而，AI受限于训练数据质量、领域偏移、生物学注释不完整以及黑盒模型的可解释性限制。计算预测也缺乏评估完整疾病轨迹所需的组织背景和协调生理应答。AI在感染模型研究中的主要价值因此在于优先排序假设、变异株和实验候选物，以供在保留相关生物学复杂性水平的系统中评估。
类器官与器官芯片系统
人类来源类器官已成为感染生物学核心NAMs平台，因其在保留三维组织架构和细胞多样性的同时，能够在人类相关系统中实现受控实验感染。呼吸道、肠道、神经和其他类器官系统已被用于定义病毒嗜性、比较变异株复制、解析上皮抗病毒应答以及在比标准单层培养更具生理信息性的条件下筛选治疗候选物。类器官特别适合研究早期组织特异性过程，如细胞嗜性、上皮屏障功能、先天免疫通路激活以及宿主遗传背景对组织水平应答的影响。微生理系统（包括器官芯片平台）通过引入微流体流动、组织–组织界面、免疫细胞募集和机械线索，扩展了类器官的实用性。不同平台可解决病毒发病机制的不同方面：肺芯片系统模拟呼吸道进入、上皮–内皮屏障损伤、肺泡炎症和免疫细胞募集；肠芯片平台可研究肠道嗜性和上皮通透性；血管和血脑屏障芯片可用于检查内皮功能障碍、屏障损伤和神经炎症；互联多器官平台则提供研究器官间通讯和感染肺外后果的机会。免疫模拟系统如模块化免疫体外构建体（MIMIC）平台使用人类供者来源免疫细胞和模块化组织等效区室，再现先天和适应性免疫应答的选定特征。重要技术限制仍然存在：大多数类器官不完全再现血管化、适应性免疫和长期多细胞协调，器官芯片平台技术要求高且尚未在不同实验室间实现一致标准化。
将NAMs与NHP研究的特定阶段关联
NAMs的实用价值在于其在NHP研究开发过程中所指导的具体决策。在模型鉴定阶段，AI分析可提供病毒进化、抗原和突变变化、宿主–病原体相互作用和候选疾病机制的初步估计。人类来源类器官随后可测试预测的宿主–病原体相互作用是否导致细胞允许性、组织特异性复制或特征性宿主应答。这些发现可共同指导NHP评估是否在生物学上合理以及模型开发中应优先考虑哪些解剖区室。NAM来源发现还可优化NHP实验设计。类器官分析可指导靶组织、采样窗口以及病毒学或免疫学终点的选择。器官芯片发现可指示血管、屏障或炎症机制是否应纳入体内研究设计。例如，人类血管类器官中鉴定的补体介导内皮损伤随后在SARS-CoV-2感染食蟹猴中进行了检查，说明人类来源系统中鉴定的机制如何指导靶向体内评估。对于疫苗和治疗研究，AI和人类相关平台可用于在NHP资源投入前优先排序变异株、抗原、抗体或药物候选物。NAMs还可与相关分析平台结合，宿主因子筛选和空间或单细胞分析可识别依赖因子和组织状态特征，随后可在NHP血液或组织中测量，从而实现跨平台评估相同生物学特征是否在生物体水平得以保留。
标准化与可重复性
分级整合的实际成功不仅取决于各平台能力，还取决于平台间转换是否被明确定义并透明报告。临床前研究应报告实验问题、模型选择理由、接种物身份、感染途径、采样计划、主要终点以及推进/终止（go/no-go）标准。当计算和实验平台纳入同一工作流程时，这一要求尤为重要。计算建模优先排序的变异株可能在气道类器官中无法复制，芯片系统中表现良好的候选物可能在NHP中未产生预期效果。此类差异应被视为决策相关信息而非简单实验失败。从3Rs（替代、减少、优化）角度看，AI和人类相关NAMs的贡献应通过其是否支持更清晰的go/no-go决策、更好定义的终点和NHP队列的更具信息性使用来判断。
