インフルエンザウイルスの感染動物モデル〜フェレット編〜
渡辺登喜子
東京大学医科学研究所

要

感染・免疫部門

ウイルス感染分野

約

インフルエンザウイルスは，毎年冬に流行する季節性インフルエンザや，数十年に一度世界的に大流行するパンデミックインフルエンザを引き起こし，社会的に大きな被害をもたらす。さらに近年 H5N1 亜型や H7N9 亜型の鳥インフルエンザウイルスのヒトへの感染の報告数が増加しており，公衆衛生上，深刻な問題となっている。したがって，インフルエンザウイルスがどのようにヒトに感染して発症するのか，そのメカニズムを解明することは最重要課題である。インフルエンザウイ
ルスの研究には，マウスをはじめとして，様々な動物モデルが使われている。その中でもフェレットは，インフルエンザウイルスに感染して，発熱・くしゃみ・咳といった，ヒトで見られるインフルエンザ様症状を示すので，良いモデル動物として認識されている。本稿では，フェレットを用いたインフルエンザウイルスの病原性や伝播性のメカニズム解析の研究成果について紹介する。

1．インフルエンザウイルス
インフルエンザは毎年冬になると流行し，乳幼児や高齢者を中心に多くの犠牲者を出し，社会的な問
題 と な っ て い る。 ま た，2009 年 に 出 現 し た 新 型
H1N1 ウイルスのように，インフルエンザウイルスは数十年に一度世界的大流行（パンデミック）を引き 起 こ し， 甚 大 な 被 害 を も た ら す。 さ ら に 最 近，
H5N1 亜型や H7N9 亜型の鳥インフルエンザウイルス（以後，それぞれ “H5N1 ウイルス ” と “H7N9 ウイルス ”と呼ぶ）が人に感染して重篤な症状を起こす例が報告されており，鳥インフルエンザウイルスによるパンデミックの危険性が懸念されている。
インフルエンザウイルスには A，B，C，D の 4 つの型があり，H5N1 ウイルスや H7N9 ウイルスといった鳥インフルエンザウイルスは，A 型インフルエンザウイルスに属する。A 型インフルエンザウイルス
は，広い宿主域を持っており，ヒトや家禽だけでなく，ウマ，ブタ，イヌ，アザラシ，クジラなど様々な動物に感染する [1]。本ウイルスの表面には HA（ヘマグルチニン）と NA（ノイラミニダーゼ）という 2種類の表面糖蛋白質があり，抗原性の違いから，18種類の HA と 11 種類の NA の亜型に分類されている[1–3]。前世紀と今世紀，人間社会においては，3 つ123の HA 亜型（H1，H2，および H3）と 2 つの NA 亜型（N1 および N2）のインフルエンザウイルスのみが，季節性の流行あるいはパンデミックを起こしている。
一方，自然宿主である水禽は多様なインフルエンザウイルスを保有しており，ほとんど全ての HA と NA亜型のインフルエンザウイルスが水禽類から分離されている [1]。水禽においては，インフルエンザウイ
ルスは経口感染し，腸管内で増殖する。水禽の糞便中には腸管内で増殖したウイルスが含まれており，排泄によって湖沼に放出されたウイルスが他の個体へと伝播する。それに対して，インフルエンザウイ
ルスの哺乳類における主要な増殖場所は呼吸器官である [1]。水禽が保有しているインフルエンザウイル
スが，自然宿主でない他の動物へと伝播することはめったにない。なぜなら，A 型インフルエンザウイルスには， 宿主特異性 があるからである。最近の研究から，宿主特異性には，HA 蛋白質やウイルスポリメラーゼが大きく関与することが示唆されている。
2．インフルエンザウイルス感染モデルとしてのフェレット
インフルエンザウイルスの研究には，マウスをは

実験動物感染症と感染症動物モデルの現状じめとして，ハムスター，モルモット，フェレット，サルなど，様々な動物モデルが使われている。なかでも，フェレットは，インフルエンザウイルスに感染して，発熱・くしゃみ・咳といった，ヒトで見られるインフルエンザ様症状を示す。またヒトのインフルエンザウイルスがフェレット間で飛沫伝播を起こすことも知られている。そのため，フェレットはインフルエンザ研究における優れたモデル動物として認識されている。
フェレットはイタチ科に属する肉食性の哺乳小動物であり，ペットとしての人気も高い。実験動物としてのフェレットを入手する場合には，日本国内の代理店を通じて，海外のフェレットファームからの購入手続きを進める。その場合，去勢・避妊および臭腺の除去手術を受けた個体を購入するのが一般的である。さらに，犬ジステンパーおよび狂犬病のワクチン接種を受けていることの証明書や，輸出国政府が発行する衛生証明書の原本も必要となる。フェレットの種類としてはセーブルやアルビノなどがあり，オスは体長 40–50 センチ，体重 1.5–2.5 kg，メスは体長 35–45 センチ，体重 0.75–1.5 kg くらいの大きさである。体温は 38–39 度程度とやや高いが，フェレットは汗腺が未発達のため，暑さに弱く，室温が28 度以上になると熱中症になる危険性があるため，注意が必要である。
一般的に，インフルエンザウイルスの病原性解析にはマウスが用いられる。しかし，ウイルスの飛沫伝播性など，マウスモデルでは評価できない性状の解析にはフェレットが用いられることが多い。以下に，我々の研究室でフェレットモデルを用いて行った研究の例を紹介する。
3．スペイン風邪ウイルスの病原性解析
1918 年に世界的な大流行を起こしたスペイン風邪は，世界中で 4,000 万人以上の死者を出したと推測されている。当時は，ウイルスを分離培養する技術が確立されていなかったため，その流行を引き起こしたインフルエンザウイルスは現存しない。そのため，なぜスペイン風邪ウイルスが，通常の流行とは異なりこれほどの大流行を引き起こしたのか，その実態は謎に包まれていた。しかし，近年，1918 年当時のスペイン風邪の犠牲者の肺病理検体および永久凍土に埋葬された遺体からインフルエンザウイルス遺伝子が抽出され，その塩基配列が決定された [4–10]。
我々は，スペイン風邪ウイルスの病原性に関わるウイルス側の因子を同定するため，インフルエンザウイルスを人工的に合成する遺伝子操作技術（リバース・ジェネティクス法）を用いて，1 つの遺伝子がスペイン風邪ウイルス株（1918 ウイルス）由来，その他 7 つの遺伝子がヒトの季節性インフルエンザウ
イルス A/Kawasaki/173/2001 株（K173 ウイルス）由来のリコンビナントウイルスを作製した。ヒト由来の培養細胞において，それらのリコンビナントウイルスの増殖を調べたところ，どのリコンビナントウイルスも，親株の K173 ウイルスと同じくらい効率よく増えることができた。
スペイン風邪の流行では，細菌の二次感染による肺炎に加えて，ウイルスそのものが起こすウイルス性肺炎によって死亡するケースが目立っていた。我々
は，以前，マカカ属のサルを用いた実験によって，1918 ウイルスが，ヒトの季節性インフルエンザウイルスである K173 ウイルスとは違って，サルで重症のウイルス性の肺炎を起こすことを示した [11]。フェレットモデルを用いて，ウイルスの増殖部位を調べたところ，1918 ウイルスを感染させたフェレットでは，上気道および下気道で高濃度のウイルスが検出されたのに対して，K173 ウイルスの増殖は主に上気道に限られていた（図 1）。この増殖部位の違いに，どのウイルス遺伝子が関わるかを調べるため，我々は，一連のリコンビナントウイルスを，インフルエンザ研究のモデル動物であるフェレットに感染させ，それらの増殖を調べた [12]。その結果，スペイン風
邪ウイルスが，感染した個体で，効率よく上気道から下気道へ広がるためには，ウイルスポリメラーゼ複合体が重要な役割を果たすことが分かった。スペイン風邪流行当時，ウイルス性肺炎で死亡する人が多かったことを考え合わせると，スペイン風邪ウイルスの高病原性には，ウイルスポリメラーゼ複合体が大きく関わっていたことが推察される。
なお，スペイン風邪ウイルスの遺伝子を持ったインフルエンザウイルスを用いた実験は，米国ウイスコンシン大学の封じ込め施設で行った。
4．中国でヒトから分離された H7N9 鳥インフルエン
ザウイルスの飛沫伝播性の解析
鳥インフルエンザ は，鳥類に感染する鳥インフルエンザウイルスがヒトに感染して重篤な症状を起こす感染症である。一般的に，鳥インフルエンザウ
イルスはヒトに感染しにくい。しかし 2013 年春，中国において，H7N9 鳥インフルエンザウイルスのヒトへの最初の感染が報告された。それ以降，ヒトへの H7N9 ウイルス感染の報告数は増えていき，世界
保健機関（WHO）の 2015 年 11 月 10 日現在の発表

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図 1．フェレットを用いた，スペイン風邪ウイルスの病原性の解析
1918–1919 年にパンデミックを起こしたスペイン風邪ウイルス（1918 ウイルス）はフェレットの鼻甲介，気管，肺で効率よく増えたが，ヒトの季節性インフルエ
ンザウイルス（K173 ウイルス）は鼻甲介でしか増えなかった。によると，H7N9 ウイルス感染者数は 682 人で，そのうち 271 人が亡くなっている。今までのところ，H7N9 ウイルスのヒトからヒトへの伝播はほとんどない。しかし，万が一，これらのウイルスがヒトに適応し，ヒトへの感染やヒトーヒト間での伝播が効率よく起こるようになれば，H7N9 ウイルスによるパンデミックが引き起こされ，世界が深刻な状況に陥ることは必至である。
インフルエンザウイルスの感染や伝播には，ウイルスが宿主細胞に吸着し侵入する時の効率が大きく関わっている。そのような性質を決めるのが，ウイルス粒子表面にある HA である。すなわち，ヒト型のレセプター（受容体）を認識する HA を持つウイルスは，ヒトで効率よく感染し，伝播する可能性が高くなる。実際，これまでに世界的に大流行した
1918 年から 1919 年のスペイン風邪（H1N1）ウイルス，1957 年のアジア風邪（H2N2）ウイルスおよび 1968年の香港風邪（H3N2）ウイルスにおいて，もとは鳥型のレセプターを認識していた HA が，ヒト型のレセプターを認識するようになったため，ヒトでパンデミックを起こしたことが知られている。中国でヒトから分離された H7N9 ウイルスの遺伝子解析の結果から，H7N9 ウイルスの HA には，ヒト型レセプターを認識する変異があることが明らかとなった。さらに，ウイルスの増殖に大きな役割を担っているウイ125

ルスポリメラーゼ蛋白質に，鳥インフルエンザウイルスが哺乳類細胞で増えるために重要なアミノ酸変異があることも分かった。
今回，中国でヒトから分離された H7N9 ウイルスが，ヒトに適応するために重要な変異を既に持っていることを考えると，このウイルスがヒトでパンデミックを起こす危険性は非常に高いといえる。そこ
で我々は，中国でヒトから分離された H7N9 ウイルス（A/Anhui/1/2013）の in vitro と in vivo における性状解析を行った。マウス・フェレット・カニクイザ
ルの哺乳類モデルを用いた実験により，H7N9 ウイルスは，2009 年にパンデミックを起こした H1N1 ウイルス（A/California/04/2009）と同程度の病原性を示すことが分かった [13]。
これまでのところ，H7N9 ウイルスのヒトからヒトへの伝播はほとんど報告されていない。我々は，
H7N9 ウイルスが，ヒトーヒト間で飛沫伝播する可能性について検討するために，フェレットモデルを用いた感染実験を行った。具体的には，一つのアイソレーター内に二つのケージを配置し，一つのケージ内にウイルスを感染させたフェレット（＝ 感染フェレット ）を置き，隣合わせに置いたもう一つのケージ内に非感染のフェレット（＝ コンタクトフェレット ）を置いた。ウイルス感染後，それぞれのフェレットから経時的に鼻腔洗浄液を採取し，ウイルス実験動物感染症と感染症動物モデルの現状フルエンザウイルスが飛沫伝播する能力を持つかどうかの検証実験は，本ウイルスのパンデミック予測にもつながるため，公衆衛生上，非常に重要な研究である。得られた情報は，パンデミック予測だけでなく，ワクチン製造や抗ウイルス薬の備蓄など政策決定にも必須の情報となることが期待される。
引用文献

図 2．フェレットを用いたウイルスの飛沫伝播実験
鳥から分離された H7N9 ウイルスと今回ヒトから分離された H7N9 ウイルスを用いて，フェレットにおけるウイルスの伝播実験を行った。鳥から分離された H7N9 ウイルスはフェレット間での伝播は見られなかったが，ヒトから分離された H7N9 ウイルスはフェレット 3 匹中 1 匹においてウイルスの伝播が確認された。

が分離されるかどうかを調べた。コンタクトフェレットの鼻腔洗浄液からのウイルス分離を指標に，ウイルスの飛沫伝播が起こったかどうかを評価した。飛沫伝播試験の結果，H7N9 ヒトウイルスは，フェレットの体内で増殖するときにいくつかのアミノ酸置換を生じ，フェレット間で限定的な飛沫伝播を起こすようになった。それに対して，鳥のウイルスのコントロールとして用いた A/duck/Gunma/466/2011 株（本ウイルスは，2011 年に群馬で鳥から分離された）はフェレット間で伝播しなかった（図 2）[13]。他の研究グループも同様の結果を得ており [14–16]，H7N9ウイルスは，さらなる変異を獲得することによって，ヒトーヒト間で飛沫伝播する可能性があると考えられる。
おわりに我々は，フェレットモデルを用いた研究によって，スペイン風邪ウイルスの病原性発現機構や H7N9 鳥
インフルエンザウイルスの飛沫伝播の可能性について，重要な知見を得ることができた。特に，鳥イン126

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