Revvity小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物研发等领域得到广泛应用。在众多应用领域中，感染性疾病研究是活体光学成像技术的应用热点之一。
在利用小动物活体光学成像技术观测病原体在动物体内感染情况的同时，还可应用 该技术观测机体对病原体入侵的免疫反应。
此类应用可以通过三种方式实现：
1、利用 报告基因标记在免疫细胞中特异性表达的基因启动子而构建转基因动物，以该转基因动 物为实验模型，用经光学标记的病原体对其进行感染，观测病原体感染而引发的免疫细 胞应答；
2、利用报告基因标记目的基因的启动子构建转基因动物，观测病原体感染后 该基因的表达情况，了解免疫应答的分子机理；
3、利用某种免疫相关基因被敲除的基 因敲除鼠作为实验模型，观测病原体的感染情况，以了解这些基因在免疫反应中的作用。
01
利用转基因小鼠观察感染
Cho 等利用 LysEGFP 转基因小鼠作为实验用鼠，应用 IVIS 系统观测了生物发光金黄色葡萄球菌经皮肤伤口感染小鼠后引发的嗜中性粒细胞的免疫应答。由于实验小鼠是 LysEGFP 转基因小鼠，因此其体内的嗜中性粒细胞即为 EGFP 所标记，因此在用生物发 光成像模式观测细菌感染的同时，也能通过荧光成像模式观测嗜中性粒细胞在感染部位 的聚集。
如下图所示，与未经感染的对照组相比，金黄色葡萄球菌的感染引发了大量嗜中性粒细胞在感染部位的聚集，这伴随着细菌感染程度相应地降低，而对照组中少量嗜 中性粒细胞的聚集是由于皮肤创伤而引起的免疫反应。
上图：应用 IVIS 系统观测生物发光金黄色葡萄球菌对 LysEGFP 转基因小鼠皮肤伤口的感染及所引起的嗜中性粒细胞的免疫应答情况。左，不同时间点金黄色葡萄球菌感染生物发光成像及定量结果；右，EGFP 标记的嗜中性粒细胞对细菌感染的应答荧光成像及定量结果。
IL-1R 信号通路的激活在嗜中性粒细胞对金黄色葡萄球菌皮肤感染的免疫应答中起 重要调控作用，而 IL-1α 和 IL-1β 是激活 IL-1R 信号通路的两种主要配体。Miller 等人 通过应用敲除上述两种基因的基因缺陷型小鼠 IL-1α-/-、IL-1β-/-及 IL-1α/ IL-1β -/-，揭示了 IL-1β 在趋化嗜中性粒细胞到达皮肤感染区域所起的重要调控作用。结果显示，金黄色 葡萄球菌对野生型小鼠及 IL-1α-/-缺陷型小鼠中的感染程度相当，而对 IL-1β-/-及 IL-1α/ IL-1β -/-缺陷型小鼠的感染程度明显高于前两者，说明 IL-1β 在趋化嗜中性粒细胞对金黄 色葡萄球菌皮肤感染的免疫应答中是必须的。
上图：应用 IVIS 系统观测生物发光金黄色葡萄球菌对野生型小鼠及三种基因缺陷型小鼠 IL-1α-/-、IL-1β-/- 和 IL-1α/ IL-1β -/-的皮肤感染情况。左，普通相机拍摄图片；右，活体光学成像结果。
Cheeran 等利用从转基因小鼠 Tg(β-actin-luc)中提取的脾细胞及淋巴结细胞，研究了免疫细胞对病毒感染的响应。研究者将提取的发光脾细胞及淋巴结细胞通过尾静脉注入 脑室内感染巨细胞病毒的小鼠，利用 IVIS 系统观测了上述免疫细胞在活体动物体内对 感染病灶点的浸润。结果显示，在未经病毒感染的正常小鼠体内，移植的淋巴细胞主要 聚集于脾内（如下图-1dpi 所示），而当小鼠脑部感染病毒后，这些淋巴细胞会迁移至感染区域而发挥免疫清除作用。
上图：利用 IVIS 系统观测免疫细胞对病毒感染的免疫应答。A、小鼠背部朝上拍摄；B、小鼠腹部朝上拍 摄。-1dpi 为病毒感染前 24h 尾静脉注射淋巴细胞成像结果，每张图中从左至右第一只小鼠为注射生理盐水 的对照小鼠，第二、三只小鼠为脑室内感染巨细胞病毒的疾病小鼠。
02
抗生素/疫苗抗感染药物研发
应用传统方式对抗生素、疫苗等抗感染药物在活体水平的研发筛选，需要在给药后 处死小鼠，取出感染部位，再通过 PCR、菌落计数、切片观察等方法对药物治疗效果进 行评价。这些方式需要耗费大量实验动物、进行繁琐的实验操作，很难实现高通量筛选， 且不能利用同一只动物从头到尾的获取实验数据，因此很难获取准确的重复性数据。小 动物活体光学成像技术是一种非侵入式活体观测技术，无需在实验过程中处死老鼠，并 且可以使用同一批老鼠完成不同时间点的观测，因此已广泛应用于抗感染药物的研发。抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生 活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，可用于治疗各种细菌 感染或抑制致病微生物的感染。应用小动物活体光学成像技术可以评价抗生素对病原体 感染的治疗效果。达托霉素（Daptomycin/Cubicin）是 Cubist Pharmaceuticals 制药公司 研发的已获得 FDA 认证的一种抗生素类药物，可用于革兰氏阳性菌感染而导致的腹膜 炎的治疗。该公司在此药物的研发过程中即应用到了小动物活体光学成像技术以评价该 抗生素对腹膜炎的治疗效果。研究者应用生物发光金黄色葡萄球菌（S. aureus）通过腹 腔注射感染小鼠诱发腹膜炎，之后比较了 Daptomycin、Vancomycin 及 Linezolid 三种抗 生素对细菌感染的抑制效果。
结果显示，Daptomycin 的治疗效果好，如下图：
上图：利用 IVIS 系统观测 Daptomycin（50 mg/kg）、Vancomycin（100 mg/kg）及 Linezolid（100 mg/kg） 三种抗生素对金黄色葡萄球菌感染的抑制效果。
疫苗是将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减 毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。疫苗保留了病 原菌刺激动物体免疫系统的特性。当动物体接触到这种不具伤害力的病原菌后，免疫系 统便会产生一定的保护物质，如免疫激素、活性生理物质、特殊抗体等；当动物再次接触到这种病原菌时，动物体的免疫系统便会依循其原有的记忆，制造更多的保护物质来 阻止病原菌的伤害。应用小动物活体光学成像技术可以评价疫苗对病原体感染的治疗效果。Karanam 等应用 IVIS 系统观测了联合使用 TA-CIN 疫苗及 GPI-0100 辅药对小鼠预 防性接种后，对荧光素酶基因标记的人乳头瘤假病毒 HPV16 皮肤感染的预防治疗效果。结果显示，与单独接种相比，TA-CIN 疫苗及 GPI-0100 辅药的联合使用能够更好的抑制 人乳头瘤假病毒的感染，其中 GPI-0100 辅药在诱导体液及细胞免疫应答方面发挥重要作用。
