Abstract The 2019 novel coronavirus (SARS-CoV-2) outbreak is a major challenge for public health. SARS-CoV-2 infection in human has a broad clinical spectrum ranging from mild to severe cases, with a mortality rate of ~6.4% worldwide (based on World Health Organization daily situation report). However, the dynamics of viral infection, replication and shedding are poorly understood. Here, we show that Rhesus macaques are susceptible to the infection by SARS-CoV-2. After intratracheal inoculation, the first peak of viral RNA was observed in oropharyngeal swabs one day post infection (1 d.p.i.), mainly from the input of the inoculation, while the second peak occurred at 5 d.p.i., which reflected on-site replication in the respiratory tract. Histopathological observation shows that SARS-CoV-2 infection can cause interstitial pneumonia in animals, characterized by hyperemia and edema, and infiltration of monocytes and lymphocytes in alveoli. We also identified SARS-CoV-2 RNA in respiratory tract tissues, including trachea, bronchus and lung; and viruses were also re-isolated from oropharyngeal swabs, bronchus and lung, respectively. Furthermore, we demonstrated that neutralizing antibodies generated from the primary infection could protect the Rhesus macaques from a second-round challenge by SARS-CoV-2. The non-human primate model that we established here provides a valuable platform to study SARS-CoV-2 pathogenesis and to evaluate candidate vaccines and therapeutics.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a class of severe neurodevelopmental disorders with a high incidence in young children, and its pathogenesis remains elusive. There is no effective treatment, and ASD children usually have a hard time in integrating into society and leading a normal life, which places a heavy burden on the families and society. Studies have shown that in addition to genetic factors, environmental factors are another important risk contributing to the pathogenesis of ASD. Early environmental adversity, which can lead to abnormal brain development and affect cognition and behavior, greatly increases the incidence of a variety of brain developmental diseases including ASD. However, studies on this aspect are inadequate at present, and no clear conclusions can be drawn. We explored whether early adversity could trigger ASD core clinical symptoms in macaques by modeling early adversity through maternal separation. In this study, we conducted a rigorous behavioral analysis of 12 male macaques (1.5-2 years old) that underwent maternal separation and 9 male normal macaques of the same age that had been mother raised, and found that maternal separation could induce a small number of the young individuals to develop three core symptoms of ASD, including social impairment, stereotyped behaviors, and restricted interest simultaneously. According to DSM-V and ASD clinical diagnostic criteria, these individuals should be ASD macaques for having all the three core ASD symptoms at the same time., For the first time, this study reveals that early environmental adversity can lead to ASD pathogenesis in monkeys, and provides a new approach for future ASD studies and modeling ASD monkeys.

Abstract The surge in demand for experimental monkeys has led to a rapid increase in their associated costs. Consequently, there is a growing need for the development of a cost-effective model for Parkinson’s disease (PD) that exhibits all core clinical and pathological phenotypes of PD. Evolutionarily, tree shrews ( Tupaia belangeri ) are much closer to primates in comparison to rodents and share more similar PD-related brain structures and movement ability with monkeys. As such, tree shrews represent an ideal small animal species for modeling PD. To develop a tree shrew PD model, we used the 1-Methyl-4-phenylpyridinium (MPP + ) metabolite, derived from the well-established PD modeling drug 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), to induce lesions in the dopaminergic neurons of the unilateral substantia nigra. After determining the optimal modeling dosage, the tree shrews consistently exhibited and maintained all classic clinical manifestations of PD for a 5-month period. The symptoms closely resembled the ones observed in PD monkeys and included bradykinesia, rest tremor, postural instability, and apomorphine-induced rotations, a classic phenotype of unilateral PD models. Immunostaining showed a significant loss of dopaminergic neurons (approximately 95%) in the substantia nigra on the lesioned side of the brain, a crucial pathological marker of PD. Further cytomorphological analysis revealed that the size of nigral dopaminergic neurons in tree shrews exceeded that of rodents and more closely approximated that of macaques. Based on the principle that structure determines function, the morphological similarity between tree shrews and monkeys may be an important structural basis for the manifestation of the highly similar phenotypes between monkey and tree shrew PD models. Collectively, this study successfully developed a PD model in a small animal species that faithfully recapitulated the classical clinical symptoms and key pathological indicators of PD monkeys. In addition to the well-recognized monkey models, the tree shrew model provides a novel avenue for the evaluation of PD treatments and underlying mechanisms.

Abstract Although CRISPR/Cas9-mediated gene editing is widely applied to mimic human disorders, whether acute manipulation of disease-causing genes in the brain leads to behavioral abnormalities in non-human primates remains to be determined. Here we induced genetic mutations in MECP2, a critical gene linked to Rett syndrome (RTT) and autism spectrum disorders (ASDs), in the hippocampus (DG and CA1–4) of adolescent rhesus monkeys (Macaca mulatta) in vivo via adeno-associated virus (AAV)-delivered Staphylococcus aureus Cas9 with sgRNAs targeting MECP2. In comparison to monkeys injected with AAV-SaCas9 alone (n = 4), numerous autistic-like behavioral abnormalities were identified in the AAV-SaCas9-sgMECP2-injected monkeys (n = 7), including social interaction deficits, abnormal sleep patterns, insensitivity to aversive stimuli, abnormal hand motions and defective social reward behaviors. Furthermore, some aspects of ASDs and RTT, such as stereotypic behaviors, did not appear in the MECP2 gene-edited monkeys, suggesting that different brain areas likely contribute to distinct ASD symptoms. This study showed that acute manipulation of disease-causing genes via in vivo gene editing directly led to behavioral changes in adolescent primates, paving the way for the rapid generation of genetically engineered non-human primate models for neurobiological studies and therapeutic development.

Abstract Whether direct manipulation of Parkinson’s disease (PD) risk genes in monkey brain can elicit Parkinsonian phenotypes remains an unsolved issue. Here, we employed an adeno-associated virus (AAV)-delivered CRISPR/Cas9 system to directly co-edit PINK1 and DJ-1 genes in the substantia nigra (SN) region of four adult monkey brains. After the operation, two of the monkeys exhibited all classic PD symptoms, including bradykinesia, tremor, and postural instability, accompanied by severe nigral dopaminergic neuron loss (over 60%) and α-synuclein pathology. The aged monkeys were more vulnerable to gene editing by showing faster PD progression, higher final total PD scores, and severer pathologic changes compared with their younger counterparts, suggesting both the genetic and aging factors played important roles in PD development. This gene editing system can be used to develop a large quantity of genetically edited PD monkeys over a short period, thus providing a practical transgenic monkey model for future PD studies.

Complex brain diseases seriously endanger human health, and early diagnostic biomarkers and effective treatments are currently lacking. Due to ethical constraints on human research, establishing monkey models is crucial to address these issues. With the rapid development of technology, transgenic monkey models of a range of brain diseases, especially autism spectrum disorder (ASD), have been successfully established. However, to establish practical and effective brain disease models and subsequently apply them to disease mechanism and treatment studies, there is still a lack of a standard tool, i.e., a system for collecting and analyzing the daily behaviors of brain disease model monkeys. Therefore, with the goal of undertaking a comprehensive and quantitative study of behavioral phenotypes, we established a standard daily behavior collection and analysis system, including behavioral data collection protocols and a monkey daily behavior ethogram (MDBE) for rhesus and cynomolgus monkeys, which are the most commonly used non-human primates in model construction. Then, we used ASD as an application example after referring to the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fifth Edition, Text Revision (DSM-5-TR), which is widely used in clinical disease diagnosis to obtain ASD core clinical symptoms. We then established a sub-ethogram (ASD monkey core behavior ethogram (MCBE-ASD)) specifically for quantitative assessment of the core clinical symptoms of an ASD monkey model based on MDBE. Subsequently, we demonstrated the high reproducibility of the system.

The seasonal variations that occur in the gut microbiota of healthy adult rhesus monkeys kept in outdoor groups under conventional rearing patterns and how these variations are affected by environmental variables are relatively poorly understood. In this study, we collected 120 fecal samples from 30 adult male rhesus monkeys kept in outdoor groups across four seasons and recorded the temperature and humidity of the housing facilities, as well as the proportions of fruit and vegetables in their diet. A 16S rRNA sequencing analysis showed that the alpha diversity of the gut microbiota of the rhesus monkeys was higher in winter and spring than in summer and autumn. A principal coordinate analysis (PCoA) further demonstrated notable seasonal variations in the composition and functionality of the gut microbiota in the rhesus monkeys. The phyla Firmicutes and Bacteroidetes and the genus Prevotella 9 were the significantly dominant groups in all 120 fecal samples from the rhesus monkeys. A linear discriminant analysis (LDA) effect size (LEfSe) analysis (LDA > 4) indicated that at the phylum level, Firmicutes was significantly enriched in winter, Bacteroidetes was significantly enriched in summer, and Proteobacteria and Campylobacter were significantly enriched in spring. At the genus level, Helicobacter and Ralstonia were significantly enriched in spring; Prevotella 9, Streptococcus, and Prevotella were significantly enriched in summer; and UCG_005 was significantly enriched in autumn. The beneficial genera Lactobacillus, Limosilactobacillus, and Ligilactobacillus and the beneficial species Lactobacillus johnsonii, Limosilactobacillus reuteri, Ligilactobacillus murinus, and Lactobacillus amylovorus all showed the same seasonal trend; namely, their average relative abundance was markedly greater during the winter months compared to other seasons. Compared with other seasons, carbohydrate metabolic function was significantly upregulated in winter (p < 0.01), amino acid metabolic function was relatively increased in spring, and energy metabolic function and the metabolic function of cofactors and vitamins were significantly downregulated in winter and relatively upregulated in summer. A variance partitioning analysis (VPA) and redundancy analysis (RDA) showed that the proportions of fruits and vegetables in the diet, but not climatic factors (temperature and humidity), significantly influenced the seasonal changes in the gut microbiota. These variations were related to changes in the proportions of fruits and vegetables. This research presents novel findings regarding the influence of external environmental factors on the gastrointestinal environment of rhesus monkeys.

Abstract Chimeric antigen receptor (CAR) T cells have limited efficacy against solid tumors due to the hostile microenvironment. Circulating tumor cells (CTCs) are essential to metastasis, which is the cause of most of cancer-related death. Here, we generated GrB-CAR T cells targeting membrane-bound HSP70 (mHSP70), a highly tumor-specific antigen detected in numerous cancers. GrB-CAR T cells exhibited potent cytotoxicity against a broad spectrum of cancer cell lines and stem-like cancer cells in vitro and effectively inhibited xenograft tumor growth in vivo . Importantly, GrB-CAR T cells markedly decreased the number of CTCs and, therefore, hindered cancer metastasis in spontaneous metastasis models with uncontrollable primary tumor growth, a scenario commonly encountered in clinical trials of CAR T therapies for solid tumors. Furthermore, despite the 100% homology between human and macaque HSP70 protein, the autotransplantation of macaque T cells expressing human GrB-CAR did not cause any obvious toxic effects. These results not only demonstrate GrB-CAR T cells as a safe and effective tactic with broad-spectrum anticancer activity, but also offer strong experimental evidence and proof-of-concept validation for CAR T cell-mediated metastasis inhibition by targeting CTCs.

Abstract Purpose To investigate the effects of different indoor lighting intensity (500 lx, 750 lx and 1,000 lx) on normal ocular axial length growth by using juvenal rhesus monkeys. Methods Twenty-four juvenile monkeys were exposed continuously to normal intensity light (NIL, 500 lx, n=16), medium intensity light (MIL, 750 lx, n=8) and high intensity light (HIL, 1 000 lx, n=8), with a same CCT value (about 3000 K) for 246 days. Axial length, anterior chamber depth, corneal curvature radius were measured at about a monthly interval. Results After 246 days of light exposure, the growth of axial length of the MIL group (750 lx) were 0.151 ± 0.081 mm and 0.139 ± 0.070 mm in the right and left eyes, respectively, and significantly larger in comparison with the NIL group (500lx, OD: 0.068 ± 0.055 mm, OS: 0.074 ± 0.057 mm) and the HIL group (1000lx,OD:0.063 ± 0.093 mm, OS: 0.084 ± 0.052 mm) monkeys. This effect was stable and robust during the whole experimental period. Conclusion The effects of different intensity lighting on normal ocular axial development was not linear as most people currently think. We must be cautious when it comes to elevate light intensity in classrooms. Whether this conclusion is correct under lights of other CCT value needs further study.