本プロトコルでは、SARS-CoV-2(重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2)とリポポリサッカライドの併用鼻腔内投与によって誘導される、COVID-19(新型コロナウイルス感染症)関連肺傷害のマウスモデルについて解説します。本モデルを用いることで、肺の炎症反応や、 type I インターフェロン反応の障害、および潜在的な治療的介入についての研究が可能となります。
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方法論記事
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2026年9月11日
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本プロトコルでは、SARS-CoV-2(重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2)とリポポリサッカライドの併用鼻腔内投与によって誘導される、COVID-19(新型コロナウイルス感染症)関連肺傷害のマウスモデルについて解説します。本モデルを用いることで、肺の炎症反応や、 type I インターフェロン反応の障害、および潜在的な治療的介入についての研究が可能となります。
ワクチンの広範な導入や抗ウイルス療法の実施にもかかわらず、SARS-CoV-2感染は依然として脆弱な集団において相当な罹患率と死亡率の原因となっており、COVID-19の病態を調査し、薬物作用のメカニズムを解明し、潜在的な治療戦略を評価するための信頼性の高い実験モデルが急務となっています。SARS-CoV-2感染は、過剰な炎症反応と第I型インターフェロン(IFN-I)を介した抗ウイルス免疫の障害を特徴とする重篤な肺損傷を引き起こす可能性がありますが、現在の動物モデルでは、COVID-19に関連する免疫炎症反応の調節不全を再現することに限界があります。そこで、COVID-19の主要な免疫病理学的特徴を再現するために、SARS-CoV-2およびLPS誘導によるCOVID-19関連肺損傷マウスモデルを開発しました。このモデルは、炎症細胞の浸潤、肺胞構造の破壊、および前炎症性サイトカインの発現上昇など、肺組織における顕著な病理学的特徴を誘導し、それに伴いIFN-I反応の障害を引き起こします。本研究では、SARS-CoV-2およびLPS誘導肺損傷マウスモデルを確立するために用いた手順を詳細に記述し、肺の組織病理学的変化、ウイルス量、炎症性サイトカイン、およびIFN-Iレベルの解析を通じて、本モデルを体系的に特性評価します。本モデルは、COVID-19関連肺損傷の根底にある免疫炎症メカニズムや肺組織修復に関与するプロセスを調査するための実験プラットフォームを提供すると同時に、免疫炎症の調節不全を緩和し、肺機能の回復を促進することを目的とした治療戦略を評価するための基盤を提供します。
2019年末に出現して以来、SARS-CoV-2は世界的な公衆衛生上の課題となっており、継続的なウイルスの進化は既存のワクチンや治療戦略に課題を突きつけ続けています1,2,3。したがって、疾患メカニズムを解明し治療戦略を前進させるためには、COVID-19に関連する肺損傷についてのさらなる調査が不可欠です。
SARS-CoV-2感染は深刻な肺損傷を引き起こし、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)や多臓器不全へと進行することがあります4,5。COVID-19に関連する肺損傷の病態は非常に複雑であり、免疫および炎症反応の調節不全がその主要な特徴であることが多くの証拠によって示唆されています6,7,8,9。一方で、SARS-CoV-2感染は過剰な炎症反応を誘導し、interleukin-6 (IL-6)、interleukin-1β (IL-1β)、およびtumor necrosis factor-α (TNF-α) などの前炎症性サイトカインの大量放出を招き、いわゆる「サイトカインストーム」を誘発します10,1。これは肺損傷および疾患進行の主要な要因と考えられています。他方で、感染の初期段階において、SARS-CoV-2は複数のメカニズムを通じて宿主のIFN-I反応を抑制し、その結果、IFN-Iを介した抗ウイルス免疫が損なわれます12,13,14。したがって、前炎症性サイトカインレベルの上昇を伴うインターフェロン反応の遅延は、COVID-19の特徴的な所見であると見なされています6,15。
現在利用可能なCOVID-19の動物モデルは、主にhACE2トランスジェニックマウス、マウス適応型ウイルス株、またはフェレットや非ヒト霊長類などの他種に依存しています16,17。しかし、マウスを用いた従来のSARS-CoV-2感染モデルでは、COVID-19の過剰炎症の特徴を完全に再現できないことが多くあります18,19,20。TLR4アゴニストであるLPSは、強力な炎症反応を誘導し、急性肺損傷モデルに広く用いられています21。したがって、本研究で述べるSARS-CoV-2およびLPS誘導モデルは、COVID-19に関連する肺損傷、特に過剰な炎症活性化と抗ウイルス免疫応答の障害の根底にあるメカニズムに焦点を当てた研究用に設計されています。SARS-CoV-2のみのモデルと比較して、このアプローチはウイルス感染の状況を維持しつつ、免疫炎症の特徴を際立たせています。このモデルは、ウイルスの伝播やSARS-CoV-2感染の完全な自然経過をモデル化することよりも、免疫炎症メカニズムを調査することに大きな可能性を秘めています。
本プロトコルでは、SARS-CoV-2およびLPS誘発性のCOVID-19関連肺傷害マウスモデルの構築手順について概説します。COVID-19に伴う免疫炎症調節不全を再現する既存モデルには限界があるため、本手法は疾患メカニズムの研究および潜在的な治療戦略を評価するための実用的なプラットフォームを提供します。本モデルは、肺の組織病理学、ウイルス量、炎症性サイトカイン、およびIFN-I反応を通じて体系的に評価されました。
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本研究では、SARS-CoV-2とLPSの経鼻投与により、COVID-19に関連する肺損傷のマウスモデルを構築し、トランスジェニックマウスモデルに代わる安定した費用対効果の高い手法を提示した。本実験プロトコルは四川省疾病予防管理センターによって承認され、動物倫理承認 [Sichuan CDC (Animal Ethics) Approval No. 05 (2025)] を得ている。すべての手順は、関連するガイドラインおよびバイオセーフティ規定を厳格に遵守して実施された。
主要な試薬および器具に関する詳細な情報は、材料表に記載されています。
1. 研究プロトコルの設計
2. 準備
3. マウスへの経鼻投与
4. マウスの解剖および肺組織の採取
5. ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色23
6. 肺組織におけるSARS-CoV-2ウイルス量および前炎症性サイトカインの発現
7. 酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)による肺組織中の前炎症性サイトカインの検出24
注:ELISAキットは、各製造業者が提供する特定のプロトコルに従って使用してください。別のサプライヤーのキットを使用する場合は、該当する製造業者の指示に厳格に従ってください。
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コントロール群とモデル群の両方において、肺の組織病理学的変化、SARS-CoV-2のウイルス量、および前炎症性サイトカインとI型インターフェロンのレベルを評価することで、モデルのバリデーションを行った。
統計解析
データは平均値 ± 標準誤差(SE)として提示する。モデル群と対照群の比較には、対応のないStudentのt検定を用いた。本検定は、2つの独立した群間における連続変数の平均値を比較するのに適しているため選択した。本研究では、マウスを独立かつランダムに2群に割り当てており、サンプルの独立性の仮定を満たしている。 p-値 < 0.05を統計的な有意水準とした。
マウスの体重および肺指数の変化
図1Bに示されるように、モデリング前のベースライン値と比較して、モデル...
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本研究では、SARS-CoV-2およびLPSの経鼻投与により、COVID-19に関連する肺損傷のマウスモデルを構築した。その結果、SARS-CoV-2とLPSの経鼻併用投与は、IFN-Iシグナルの抑制を伴う強力な炎症反応を誘導することが示された。モデル群のマウスでは、著しい体重減少と肺指数の上昇が認められ、全身性の消耗と肺損傷の悪化が示唆された。HE染色の結果、モデル群では肺胞構造の破壊と広範な炎症細胞浸潤を特徴とする典型的なびまん性肺損傷が確認された。さらに、対照群と比較して、モデル群の肺組織ではIL-6、IL-1β、TNF-αなどの主要な前炎症性サイトカインの発現が有意に増加していた一方で、IFN-αおよびIFN-βのレベルは著しく低下していた。これらの知見は、抗ウイルス免疫の抑制を伴う前炎症性反応の過剰な活性化を特徴とする免疫不均衡状態を示唆しており、本モデルが疾患の免疫病理学的特徴を再現する上で有用である可能性をさらに裏付けるものである。
SARS-CoV-2感染は、COVID-19に関連する臓器障害の発現における中心的な駆動因子であると考えられています
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著者に開示すべき利益相反はありません。
本研究は、中国国家自然科学基金(82374291)、四川省科学技術計画(2024NSFJQ059)、四川省中医学管理局科学研究特別科目(2024zd05)、202年「天府青城計画」天府科学技術領軍人才プロジェクト(川青城 No. 1090)、および成都市衛生健康委員会と成都中医药大学の共同イノベーション基金(WXLH202403091)の支援を受けて行われました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 自動組織処理装置 | Dakewe Biotech Co., Ltd. | HP30 | 組織の脱水に使用されます。 |
| 自動染色装置 | Leica Biosystems | LEICA ST5010 | HE染色のに使用。 |
| 遠心分離機 | DLAB Scientific | D3024R | 試料または試薬の遠心分離に使用します。 |
| 恒温水槽 | Shanghai LICHEN-BX Instrument Technology Co., Ltd. | HH-6 | 恒温水槽に使用されます。 |
| デジタルPCRシステム | QIAGEN | QIAcuity One | RT-dPCRに使用。 |
| qPCR用TransScript All-in-One 第一鎖cDNA合成スーパーミックス(ワンステップgDNA除去機能付き) | TransGen Biotech Co.,Ltd. | AT341 | 逆転写に使用します。 |
| エオシン溶液 | BASO | BA4024 | 組織学的染色に使用される。 |
| 蛍光定量PCRシステム | Rocgene (北京) 科技有限公司 | Archimed X6 | RT-qPCRに使用。 |
| ヘマトキシリン溶液 | BASO | BA4041 | 組織学的染色に使用される。 |
| IBM SPSS Statistics ソフトウェア | IBM Corp.、米国ニューヨーク州アーモンク | バージョン 2.0 | 統計解析に使用。 |
| Escherichia coli O5:B5由来のリポ多糖 | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd. | L280 | マウスモデルの作製に使用。 |
| マイクロプレートリーダー | Molecular Devices | SpectraMax Plus 384 | ELISAに使用。 |
| マウスIFN-α ELISAキット | ZCIBIO Technology Co., Ltd. | ZC-37863W | IFN-の検出に使用されるα マウス肺組織におけるレベル。 |
| マウスIFN-β ELISAキット | ZCIBIO Technology Co., Ltd. | ZC-3787W | IFN-の検出に使用されるβ マウス肺組織におけるレベル。 |
| マウスIL-1β ELISAキット | ZCIBIO Technology Co., Ltd. | ZC-37974W | IL-1の検出に使用されるβ マウス肺組織におけるレベル。 |
| マウスIL-6 ELISAキット | ZCIBIO Technology Co., Ltd. | ZC-3798W | マウスの肺組織におけるIL-6レベルの検出に使用される。 |
| マウスTNF-α ELISAキット | ZCIBIO Technology Co., Ltd. | ZC-39024W | TNF-αの検出に使用されるα マウス肺組織におけるレベル。 |
| デジタルPCR用ワンステップRT-PCRキット | QIAGEN | 4829104 | デジタルPCRに使用。 |
| パラフィン包埋機 | Hubei Aristion Medical Industrial Co., Ltd. | ABM-7L | マウス肺組織のパラフィン包埋に使用。 |
| QuantiNova SYBR PCR Mix キット | QIAGEN | 1129280 | RT-qPCRに使用。 |
| RNeasy Plus Universal Mini Kit | QIAGEN | 1062832 | 全RNA抽出に使用。 |
| スライサー | Leica Biosystems | LEICA RM2235 | パラフィン切片に使用。 |
| 組織ホモジナイザー用ステンレス製ビーズ | Beyotime Biotechnology | F621 | 肺組織のホモジナイズに使用する。 |
| デジタルPCR用XGプライマープール 1.0 | QIAGEN | 4828104 | デジタルPCRに使用。 |
| ゾレチル 50 | VIRBAC | BN9VS7A | マウスの麻酔に使用します。 |
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