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雞傳染性法氏囊病新型疫苗的研究進展

2018-01-24 00:21:47楊宵玥宋亞芬蔣桃珍
中國獸藥雜志 2018年5期

楊宵玥,陳 玲,宋亞芬,蔣桃珍

(中國獸醫藥品監察所,北京 100081)

雞傳染性法氏囊病(IBD)是由傳染性法氏囊病病毒(IBDV)引起的急性、高度接觸性傳染病,主要感染3~6周齡雛雞[1]。法氏囊為IBDV的靶器官,法氏囊內未成熟的B淋巴細胞為病毒增殖的靶細胞,病毒感染后可導致細胞和細胞核碎裂、細胞壞死、凋亡等,造成機體B淋巴細胞大量減少,破壞機體正常免疫應答能力[2]。因此,易感雞群感染后除導致發病死亡外,還可引起免疫抑制,增加機體對其他病原的易感性,引起繼發感染[3]。

疫苗接種是養禽業預防IBD流行的最主要措施。目前應用最為廣泛的疫苗主要是傳統弱毒活疫苗和滅活疫苗[4]。利用活疫苗進行接種可誘導雞群在較短時間內產生主動免疫,但由于其易受母源抗體(MDA)的干擾,往往在不同雞群或同一雞群不同個體間產生不同的免疫效果,有時還可導致免疫失敗。因此,為了達到更好的免疫效果,臨床上往往會使用一些毒力偏強的商品化疫苗,但使用后會引起法氏囊組織損傷,導致免疫抑制,同時也帶來毒力返強和散毒等生物安全風險[5]。此外,由于大多數商品化的IBDV活疫苗都是基于經典毒株研制的,對臨床流行的IBDV超強毒株或變異株感染的雞不能產生完全保護。與弱毒疫苗相比,滅活疫苗更加安全,但免疫效果低于活疫苗,并且需要反復多次加強免疫,導致免疫成本增加,因此,迫切需要研究與流行毒株完全匹配的新型疫苗。許多研究已經表明,IBDV抗原性主要取決于A節段上VP2基因,其編碼的VP2蛋白是唯一能誘導機體產生中和抗體的蛋白[6]。因此,以病毒VP2基因為靶目標,結合已有的分子生物學技術和DNA重組技術開展新型疫苗研究已成為IBD疫苗研究的主要發展方向。

1 基因缺失/替換活疫苗

近年來,由于對IBDV基因組A、B節段的研究不斷深入,其細胞嗜性、毒力、復制等重要性狀的分子基礎已獲得較為明確的結論[7-9]。VP2高變區內222A、256I、279D、284A、294I和299S等氨基酸位點與IBDV毒力有關。利用反向遺傳技術,對毒株進行基因突變或缺失,可以獲得能與田間流行毒株抗原相匹配、又不會對法氏囊導致病理損傷的IBDV弱毒疫苗。高立等[10]將流行毒株HLJ0504的VP2基因253和284位氨基酸進行突變后,將其替換Gt弱毒株VP2相應片段,利用RNA聚合酶II拯救出嵌合病毒rGtVP2株,用rGtVP2免疫SPF雞后,其產生的抗體滴度明顯高于親本株Gt株。祁小樂等[11]通過對vvIBDV VP2基因的主要毒力位點進行三點突變,使得病毒毒力致弱,不僅致死率降為零,而且感染雞的法氏囊沒有出現明顯萎縮和損傷,與強毒株相比,拯救毒可適應CEF,對雞無致病性,且能夠獲得良好的免疫效果。秦立廷等[12]以中等毒力毒株為骨架構建的VP5基因缺失病毒,對雞的致病力顯著降低,免疫后能刺激機體產生較高滴度的抗體和較好的免疫保護。因此,通過基因突變或替換,可以在較短時間內將田間流行毒株致弱成可以商品化使用的疫苗株,確保疫苗免疫保護性抗原與田間流行毒株一致,提高疫苗臨床應用后的免疫保護效果。盡管該類疫苗似乎有更好的臨床應用前景,但至目前為止,還沒有商品化的疫苗上市。

2 亞單位疫苗

VP2蛋白是IBDV的主要保護性抗原,具有中和活性。由于其具有良好的免疫原性和穩定性,是IBD亞單位疫苗研究的重點。構建表達VP2亞單位蛋白的系統主要有大腸桿菌表達系統[13]、酵母系統[14]和桿狀病毒表達系統[15]。在原核表達系統中,可利用含特殊密碼子的宿主菌BL21 PLUS或去除VP2基因N端親水區,提高表達蛋白量[16],因此采用大腸桿菌表達系統生產亞單位疫苗,相比全病毒滅活疫苗而言,生產成本低且無潛在的生物安全風險。目前國內已有多個商品化疫苗上市,但國外還沒有商品化的VP2亞單位疫苗。由于VP2的抗原中和表位具有構象依賴性,大腸桿菌表達系統無法對VP2蛋白進行加工、修飾,利用該系統表達的VP2蛋白免疫雞群后誘導產生的中和抗體水平明顯低于全病毒滅活疫苗。由于真核表達系統可對表達的重組蛋白正確折疊,通過真核生物系統表達的VP2蛋白可能比原核系統的表達產物有更好的免疫原性,Liu等[17]利用桿狀病毒表達系統,將VP2蛋白與能夠增強免疫的雞IL-2進行融合表達,結果表明,融合蛋白比單獨使用VP2提供了更好的保護,提高了亞單位疫苗的免疫原性,但目前為止,還沒有該類商品化的VP2亞單位疫苗。此外,也有嘗試利用植物表達系統研制適用于口服的亞單位疫苗,如吳建祥等[18]用IBDV的VP2基因和擬南芥成功構建轉基因植物表達系統,為亞單位疫苗研究帶來新思路。

3 免疫復合物疫苗

免疫學的研究表明,在對某種外來抗原的免疫應答過程中,最初產生的特異性抗體與該抗原結合后,可形成一種免疫復合物。由于復合物中抗體分子的Fc片段與抗原遞呈細胞的Fc受體有很高的親和性,使得與抗體結合的抗原更易有效地與遞呈細胞結合。一旦抗原-抗體復合物被遞呈細胞吞噬和內質化,即可激活并刺激B淋巴細胞成為抗體分泌細胞,從而引起強烈的體液免疫反應。已有研究表明,在體外構成的免疫復合物對機體所刺激的體液免疫反應是自然抗原的100倍。將IBDV疫苗株與高免血清特異性結合制備的IBDV免疫復合物(Icx)疫苗是依據這一原理研制成功的商品化疫苗[19],該復合物能延遲病毒在雞體內的復制,當母源抗體降低到一定水平時,IBDV-Icx中的病毒開始釋放復制并產生免疫保護力[20]。其主要優勢在于不受母源抗體干擾,可用于胚內免疫,且免疫效果優于常規病毒活疫苗。章振華等[21]用雞傳染性法氏囊病免疫復合物疫苗和活疫苗分別免疫1日齡SPF雛雞,9 d后發現,免疫復合物疫苗組雞法氏囊正常,弱毒活疫苗組雞法氏囊全部明顯萎縮,免疫21 d和28 d后,疫苗免疫組均100%保護。另有研究發現,雞胚接種IBDV-Icx疫苗后,在脾臟內發現更多的生發中心,大量的IBDV被局限在脾臟和粘液樣的樹突細胞內[5],減少了病毒在體內其他組織中的復制,降低了疫苗免疫后對外排毒量,從而也降低了疫苗毒釋放至環境中與野毒重組的可能,進一步減少了活疫苗使用后可能存在的生物安全風險。

4 DNA疫苗

自從上個世紀90年代初研究發現,編碼具有免疫原性蛋白的裸DNA進入宿主細胞后可以誘導機體產生對特定病原體的免疫應答,DNA疫苗就迅速成為研究熱點,尤其是對于一些體外難以培養的病原體,研制DNA疫苗似乎比研究其他類型疫苗更有發展前景。國外已有商品化的DNA疫苗,如美國已批準了用于預防大馬哈魚傳染性造血組織壞死病的DNA疫苗,中國農科院哈爾濱獸醫研究所已研制成功高致病性禽流感(H5亞型)DNA疫苗[22]。由于DNA疫苗不受母源抗體干擾,且穩定性好,甚至保藏運輸可以不需要冷鏈等潛在優勢[23],目前已有許多關于雞傳染性法氏囊病DNA疫苗的研究報道。Satya等[24]利用真核表達載體pVAX1構建了含VP2基因的pVAX-VP2質粒,將該質粒經肌肉注射接種2周齡雛雞,利用RT-PCR方法檢測發現不同臟器內均能檢測到質粒DNA,且免疫雞可獲得高水平的抗VP2蛋白抗體,用 IBDV強毒株攻毒可獲得75%的免疫保護率。Hsieh等[23]將含有VP2、VP3和VP4基因的質粒DNA分別在1日齡、1周齡和2周齡時經肌肉3次接種母源抗體陽性的肉雞,免疫3周后攻毒,結果發現,接種劑量為7.5和10 mg的免疫組雞可獲得95%和100%保護率。但也有研究表明, DNA疫苗免疫后,再采用滅活苗進行加強免疫才能獲得較好的免疫保護作用[25]。至今,用于預防IBD的DNA疫苗仍處于試驗性階段,由于其不受母源抗體干擾、生產過程中不需要操作活病毒,使用后不存在散毒風險等,仍然是疫苗研究的熱點之一。

5 活病毒載體疫苗

活病毒載體是將目的基因插入病毒載體基因組復制非必需區,當重組病毒感染宿主時,外源基因隨病毒載體共同在宿主體內復制、表達外源蛋白,激發宿主免疫應答反應[26]。病毒載體可同時插入多個外源基因,構成多價疫苗,降低了制備和接種成本,而表達VP2蛋白的重組病毒活載體疫苗接種雞后不會導致法氏囊損傷,從而避免了活疫苗免疫后可能導致的免疫抑制風險[27]?;畈《据d體疫苗的研究已近30年,多種病毒如禽痘病毒、禽腺病毒、新城疫病毒和火雞皰疹病毒等均可作為疫苗載體,國外已有多種商品化的表達IBDV-VP2蛋白的載體疫苗上市。

5.1 禽痘病毒載體 禽痘病毒具有某些特征,如在細胞漿內復制、基因組大以及特征性的病毒酶和轉錄系統,使其可以正確表達外源基因,因此成為早期載體疫苗研究的主要病毒載體之一。目前在美國以痘病毒為載體的禽流感、新城疫、雞傳染性喉氣管炎、支原體重組禽痘病毒活疫苗均已上市[28],多年臨床使用后也被證明是安全有效的[5],但至今未見有表達IBDV-VP2禽痘病毒活載體疫苗成功的報道。Bayliss等[29]將 IBDV 52/70株編碼VP2的基因插入禽痘病毒(FPV)構建了重組病毒fpIBD1,以融合蛋白形式表達VP2,將構建的載體病毒活疫苗分別在1日齡和14日齡時免疫SPF雞,28日齡時用52/70或CS89強毒接種,免疫雞僅可獲得臨床保護,但法氏囊仍有損傷。Tsukamoto等[30]構建了表達VP2基因的rFPV重組病毒,將該病毒免疫SPF雞后30 d用vvIBDV攻毒,雖然可以提供臨床保護,但法氏囊仍出現嚴重的肉眼病變,其組織病理學評分結果與攻毒對照相似,該結果也表明表達VP2基因的重組禽痘病毒不能夠提供有效的免疫保護效果。因此,從2000年以后未見采用重組禽痘病毒作為載體研制IBD疫苗的報道。

5.2 禽腺病毒載體 腺病毒由于宿主廣泛,其雙鏈DNA可以有效表達插入的外源基因,且以其為載體構建的疫苗可以誘導機體產生良好的細胞和體液免疫反應[31-32],不同血清型的禽腺病毒均可作為載體用于構建載體疫苗[31]。Sheepard等[33]首次將IBDV經典毒株002-73的VP2基因插入到血清10型禽腺病毒(FAV-10)的非編碼區,構建了表達VP2基因的重組腺病毒,該病毒經靜脈、腹腔、皮下和肌肉途徑接種SPF雞,免疫21 d后能誘導雞產生針對VP2的抗體,用中等毒力的經典毒株IBDV V877攻擊4 d后,法氏囊組織勻漿用ELISA方法檢測不到病毒抗原。Francois等[34]用屬于禽腺病毒I型的雞胚致死孤兒病毒(CELO)作為載體,構建了表達IBDV-VP2基因的重組病毒CELOa-VP2,通過口鼻途徑接種SPF雞后用vvIBDV攻擊,僅產生非常低的保護效果,而通過皮下和皮內途徑一次接種后攻毒,可產生100%的臨床保護。盡管以禽腺病毒為載體構建的表達IBDV-VP2基因的重組疫苗研究報道較少,但隨著分子生物技術的發展,禽腺病毒載體構建技術會逐步簡單化,面對我國養禽業中腺病毒感染越來越嚴重的流行現狀,研制IBD禽腺病毒載體活疫苗將會有較大的臨床應用優勢。

5.3 新城疫病毒載體 隨著反向遺傳技術的發展,許多RNA病毒已研制作為疫苗載體[35],新城疫病毒是其中應用最為廣泛的一種RNA病毒載體。雖然新城疫病毒(NDV)可感染多種哺乳動物和禽類,但由于其僅在細胞漿內復制,在動物體內不形成持續感染,且幾乎不發生如基因插入、缺失或重組等基因變化現象,此外NDV能夠誘導機體在局部和全身產生很強的體液免疫和細胞免疫作用,同時又具有一定的佐劑活性,所以它作為疫苗載體是非常安全有效的。許多以NDV為載體的人類疫苗和動物疫苗已被研制,如人的流感(rNDV/B1-HA)、SARS(NDV-VF/S)、埃博拉(NDV/GP)和人副流感(NDV-LS/HN, NDV-BC/HN)等,這些疫苗的免疫效果已在實驗動物中得到證實[36],也研制出用于牛羊、豬、狗和馬的病原體的載體疫苗,如牛皰疹病毒-1型(BHV-1)[37]、裂谷熱病毒(RVFV)[38]、犬瘟熱病毒 (CDV)[39]和狂犬病毒 (RV)[40]。

有多種以NDV為載體的禽用疫苗已研制成功,如禽流感、傳染性喉氣管炎、傳染性支氣管炎、雞傳染性法氏囊等[41]。其中禽流感NDV活載體疫苗已在中國和墨西哥獲得商品化應用[42]。盡管以NDV為載體的活病毒載體疫苗研究較多,但關于NDV載體表達IBDV-VP2的活載體疫苗研究資料較少。2004年,Huang等[43]首次將IBDV GLS-5 株的VP2基因插入到 NDV Lasota株基因組的3'端,拯救出重組病毒rLaSota/VP2,將重組病毒免疫2日齡的SPF雞3周后用IBDV GLS-5和NDTexas GB株攻毒,結果表明rLaSota/VP2能對免疫雞產生90%以上的免疫保護。2014年,Jin等[44]構建了表達IBDV-VP2的ND嵌合病毒rLaC30L-VP2,18日齡胚內接種后可以對vvIBDV毒株提供83.3%的保護。2017年,Sohini等[45]用NDV F株構建表達IBDV-VP2的重組病毒rNDV F/VP2,免疫效力試驗結果表明可以對IBDV強毒株提供100%保護,對NDV強毒株攻擊可以提供80%保護。雖然上述實驗室研究結果均表明采用NDV疫苗毒株構建的表達IBDV-VP2的重組病毒對IBDV強毒均可以提供良好保護,但由于ND活疫苗的免疫受到母源抗體干擾影響較大,且ND載體病毒活疫苗的免疫效果均低于其ND疫苗親本毒株,因此ND-IBDV-VP2二聯活疫苗的商品化還有待進一步研究和發展。

5.4 火雞皰疹病毒/馬立克載體 馬立克病毒(MD)和火雞皰疹病毒(HVT) 均屬于α皰疹病毒科,目前已在MD/HVT病毒基因組中發現了多個病毒體外復制非必需基因,其中包括US1、US2、US6、US7、US10、UL23、UL40、UL43、UL44、UL45、UL46等,可供多種外源基因插入。MD/HVT接種雞會引起持續性的感染,同時刺激體液和細胞免疫,接種該載體的單一疫苗能引起長期免疫[46]。由于其良好的安全性,且疫苗不受母源抗體干擾,使得以MD/HVT為載體研制禽用疫苗成為近年來的研究熱點,目前國外已有多個商品化疫苗上市。Raphael Darteil等[47]首次報道構建表達IBDV-VP2的HVT載體病毒,使用不同劑量(103~105PFU/羽)接種1日齡雞21 d后,用IBDV強毒株攻擊,105PFU/羽接種組可以提供100%保護,隨后許多研究報道均表明表達VP2蛋白的HVT載體疫苗對IBDV可以提供良好的保護。Tsukamoto等[48]構建了含不同啟動子的rHVT-VP2重組病毒,即rHVT-cmvVP2和rHVT-pecVP2,對比結果發現,攜帶Pec啟動子的重組病毒VP2蛋白表達量是CMV啟動子的4倍,對免疫雞產生100%保護,而含CMV啟動子的重組病毒,免疫效果較差,這表明HVT重組載體病毒的啟動子對疫苗的免疫效果和抗原表達量有重要影響。Bulbot等[49]使用表達IBDV-VP2的HVT載體疫苗經胚內接種或1日齡皮下接種高母源抗體雞群,免疫雞法氏囊沒有任何損傷,且疫苗能夠提供對不同IBDV強毒株的保護,該結果表明載體疫苗具有高度的安全性和有效性。Roh等[50]用商品化的VAXXITEK HVT-IBD疫苗對商品肉雞進行的免疫接種試驗表明,該載體疫苗可以對肉雞提供良好的免疫保護,且對免疫雞法氏囊不引起任何損傷,不誘導免疫抑制。從目前相關表達IBDV-VP2載體疫苗的研究和臨床應用效果看,表達VP2的HVT載體疫苗是免疫效果最好,且臨床應用最廣泛的載體疫苗。

6 展 望

至目前為止,預防和控制IBD最經濟最有效的措施仍然是采用疫苗進行免疫接種。盡管有許多不同類別的商品化疫苗上市,對IBD的控制和減少養禽業的經濟損失也起到了至關重要地作用,但目前可用于IBD預防的商業疫苗仍然存在著一定的局限性,因此新型疫苗研究仍是方興未艾??梢哉雇S著免疫學技術和分子生物技術的進一步發展,快速研制與流行毒株抗原結構相匹配的疫苗成為可能。當抗IBDV的母源抗體較高時,胚內接種的免疫復合物疫苗或重組皰疹病毒載體疫苗可用于規避母源抗體對疫苗的干擾問題。然而,不建議同時使用兩種重組皰疹病毒疫苗,因為皰疹病毒感染細胞之間的相互干擾會導致對一種或兩種目標病原體的免疫效果降低,在將來,也許IBD-DNA疫苗是解決這個問題的途徑。如果能開發新型佐劑和改進疫苗接種途徑并使之方便于群體免疫,可提高亞單位、亞病毒顆粒和模擬表位疫苗在養禽業的實際應用前景。總之,用于預防IBD的新型疫苗必須安全有效,生產成本低廉,且對大規模化養禽業而言使用經濟,只有這類疫苗才能成功獲得市場。

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