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黏膜免疫及其在雞病防控中的應用

2018-07-02 06:59:16李天芝于新友
家禽科學 2018年6期
關鍵詞:途徑血清

李天芝,于新友

(1.山東綠都生物科技有限公司,山東 濱州 256600;2.山東省濱州畜牧獸醫研究院,山東 濱州 256600)

約有80%以上病原微生物主要經過呼吸道、消化道、生殖道等黏膜途徑侵入動物機體引起感染[1]。黏膜是防御病原微生物的第一道屏障[2],它可在病原微生物侵入機體前將其消滅,不會對機體造成損傷,在疾病的發生和發展中起著重要的作用。黏膜免疫系統是由廣泛分布于呼吸道、胃腸道、泌尿生殖道黏膜下及一些外分泌腺體 (唾液腺、淚腺、乳腺)處的淋巴組織組成的系統,主要包括3部分:①黏膜相關淋巴組織,如腸黏膜相關淋巴組織、支氣管黏膜相關淋巴組織、泌尿生殖道黏膜相關淋巴組織、鼻咽黏膜相關性淋巴組織和眼結膜相關淋巴組織等[3];②致敏淋巴細胞散布途徑,主要是淋巴循環及血液循環;③黏膜免疫效應部位,即全身的黏膜組織,包括胃腸道、呼吸道、眼結膜、生殖道和多種分泌腺如乳腺、唾液腺、淚腺等組織。黏膜免疫是雞體免疫網絡的重要組成部分[4],50%以上的淋巴組織和80%的免疫細胞存在于黏膜,黏膜是雞最大的免疫系統。黏膜免疫自誕生以來就受到國內外學者的廣泛關注,成為研究的熱點,黏膜免疫系統與傳統意義上的免疫系統不同,不僅能在黏膜局部發揮免疫功能,產生分泌型抗體,阻止了病原微生物從黏膜的入侵,還能通過“共同黏膜免疫系統”使整個機體黏膜系統產生免疫保護[5],同時又能誘發全身性的體液免疫應答[6]。黏膜局部的抗體比血清抗體出現得早、效價高,且維持的時間長,其抗體水平更能體現疫苗免疫保護情況。黏膜免疫產生的抗體主要以分泌型的IgA(sIgA)為主,還有分泌型的IgM(sIgM)、IgG等。隨著集約化、規模化養殖業的不斷發展,傳統的疫苗注射免疫因存在費時費力、對雞的應激大、操作繁瑣、容易導致交叉污染等問題,已經不能完全適應生產的需要。黏膜免疫可通過氣霧、口服等途徑接種,簡單易行、副作用較小,更重要的是可阻止病原在局部黏膜的定植,免疫效果好,不僅誘導局部免疫應答,也誘導全身性應答等,因此越來越受到關注。文章主要介紹黏膜免疫及其在雞病防控中的應用。

1 黏膜免疫抗體

1.1 黏膜sIgA sIgA抗體是由漿細胞分化產生的,在黏膜中含量最為豐富,是參與黏膜免疫反應的主要抗體。sIgA由兩個IgA單體、1條J鏈和一條分泌片(secretory component,SC)構成[7],J 鏈是在漿細胞分泌IgA前同IgA聚合的,SC則是由IgA穿過上皮轉運過程中加上的。SC無免疫活性,但它能促進上皮細胞積極地從組織中吸收sIgA,并將其釋放到消化道、呼吸道和泌尿生殖道的黏膜表面,從而發揮黏膜免疫效應,還能夠保護抗體免受蛋白酶的降解,增加抗體的穩定性,使其在消化道及呼吸道管腔中保持活性的時間延長。與單體IgA相比,sIgA表面具有大量的抗原結合位點,結合抗原的能力強。sIgA沒有活化補體和其它促炎癥因子的功能,當發揮免疫活性時只是與腸腔中的各種抗原連接,干擾它們的攝入,因此對黏膜上皮細胞的損傷較小。sIgA的作用主要是:①能捕捉進入黏膜內的病原,使病原發生凝聚,阻斷其病原與黏膜結合、或與病原微生物結合形成復合物,從而阻斷或阻止病原對黏膜的黏附,發揮外源病原的免疫排斥作用;②能與溶菌酶、補體共同作用引起細菌溶解,也能中和相應腸毒素的毒性;③能與吞噬細胞、自然殺傷(NK)細胞等細胞表面的Fc受體結合,發揮ADCC效應,殺傷靶細胞;④增強乳鐵傳遞蛋白及乳過氧化物酶系統對幾種黏膜病原體的抗菌作用;⑤可通過黏膜淋巴組織增強抗原依賴性細胞作用,從而提高對病原的直接殺傷能力。

1.2 黏膜sIgM sIgM是由5個IgM單體聚合而成,也是能發揮黏膜免疫功能的一種高效抗體。同sIgA的功能類似,具有抗菌、抗病毒、中和毒素的免疫活性,尤其對IgA免疫缺陷的個體,sIgM的免疫功能更為重要。

1.3 黏膜中的IgG 目前,尚不清楚血清中的IgG是如何進入分泌物中的,黏膜表面的IgG抗體在抵抗感染中可發揮重要作用。分泌到管腔中的IgG同樣具有抗菌、抗病毒及抗毒素等功能。但IgG與抗原結合發揮免疫活性時,能激活補體造成黏膜上皮細胞的損傷,從而達到清除病原的作用。IgG抗體對蛋白酶的水解作用抵抗力弱,容易降解,不穩定。IgG同sIgA一樣也能發揮ADCC效應,殺傷靶細胞。管腔中的IgG可與抗原結合,形成免疫復合物,返回到黏膜固有層,經樹突狀細胞處理后,遞呈給CD4+T細胞,以供機體免疫系統識別。

2 黏膜免疫佐劑

經黏膜免疫時大多數蛋白質抗原免疫力降低,經反復大量免疫后,易引起免疫耐受,阻礙了黏膜疫苗的發展。因此,需要配合相應的佐劑,以增強黏膜免疫反應的效果,或使抗原物質免于被胃腸道消化酶的降解。黏膜免疫相關佐劑可提高疫苗的免疫原性,延長抗原與黏膜及免疫活性細胞的作用時間,減少黏膜免疫耐受,增強疫苗免疫效果[8],是黏膜疫苗研發的重點。好的黏膜免疫佐劑需具備以下條件:①能誘導機體產生強烈的體液和/或細胞免疫應答反應;②安全性好,無熱原,無致癌、致畸特性,無毒副作用,不會引起動物體的過敏反應;③穩定性好,在一定溫度、pH范圍,能長時間保存,性質不發生改變。目前,人們已開發出多種黏膜免疫佐劑,并投入到實際生產中,取得了一定的成果。

2.1 細菌毒素 主要包括從霍亂弧菌獲得的霍亂毒素(CT)、從大腸桿菌獲得的熱不穩定毒素(LT)及從百日咳博德特氏菌獲得的百日咳毒素等。其中,CT和LT是公認的有效的黏膜佐劑,均能提高APCs遞呈抗原的能力,具有良好的免疫原性。CT和LT均由A、B兩種亞單位組成的的六聚體蛋白,A亞單位具有催化ADP核糖基化的作用,B亞單位的可與與宿主細胞表面受體結合,穿透細胞,將亞單位A帶入細胞。CT能誘導CD4+、Th2型細胞活化,產生 IL-4、IL-5、IL-6 和 IL-10,也能促進IgG2b亞類、IgE和黏膜sIgA應答的出現。與抗原同時口服時可誘導CD4+、Th1細胞產生血清IgM、IgG1、IgG2a和黏膜sIgA。LT作為佐劑可與多種抗原經不同途徑共免疫,均能明顯增強機體對共免抗原的黏膜sIgA和IgG應答,與CT主要誘導Th2型免疫應答不同,LT誘導的應答要均衡些,產生IgG1、IgG2a、IgG2b、IgG3 和 黏膜 sIgA, 是 Th1 和Th2型應答的混合。CT和LT均具有毒性,LT的毒性較CT低,經黏膜免疫時可產生針對自身的sIgA和血清抗體,限制了其在人體上的應用。

2.2 細胞因子 細胞因子通過促進免疫活性細胞的分化增殖或影響細胞內生物活性分子的表達與分泌而發揮免疫調節作用,可直接作為佐劑使用。目前,常用的細胞因子佐劑有IL-1、IL-2、IFN-γ、IL-12、IL-18及 GM-CSF 等。 IL-1和 IL-12不僅能誘導抗原特異性的免疫應答,而且誘導黏膜免疫應答。IL-1能顯著增加抗體水平,尤其是IgG2a和IgA的水平,在鼻內免疫佐劑中可代替CT或LT,毒性相對較小。IL-18可誘導Th1細胞分化發育和增殖。細胞因子佐劑的缺點是半衰期短,活性易受內環境如pH、各種水解酶及血漿蛋白的影響,當大劑量的時可導致發熱、炎癥等副作用。

2.3 CpG基序 通過人工合成的一個或多個非甲基化的CpG基序為核心的寡核苷酸 (ODN),也具有相似的免疫刺激功能,可誘導機體產生強烈的體液和細胞介導的全身免疫及黏膜免疫。當與蛋白抗原共同使用時,可誘導機體細胞免疫應答反應。CpG能刺激B細胞增殖,分泌多克隆抗體、IL-6、IL-12[9],同時激活單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞,促使未成熟的樹突狀細胞(DCs)轉變為成熟的APCs。CpG作為佐劑與抗原共同免疫動物可誘發強烈的以IgG2a和CTL為主的Th1型免疫應答。還能激活T細胞、B細胞、NK細胞等,產生大量的多種細胞因子,增強機體的特異性和非特異性免疫效應。還可與傳統的黏膜免疫佐劑CT和LT產生協同效應,且無毒副作用,是一種極具應用前景的黏膜免疫佐劑。

2.4 甘露聚糖 甘露聚糖可作為黏膜反應佐劑,誘導血清、陰道及唾液中sIgA的分泌。

2.5 脂質體 脂質體是由單層或多層磷脂組成的具有水相內核的環形囊狀結構小體,對蛋白質或多糖抗原都有免疫增強作用。能激發細胞免疫活性,提高抗體效價,而且抗體滴度維持的時間較長。脂質體與抗原結合后可增加黏膜供給疫苗的有效性,發揮免疫佐劑效應,能誘發高水平的系統IgG和黏膜sIgA抗體反應。作為鼻黏膜免疫佐劑時,刺激機體的黏膜和全身免疫應答反應。在酸性溶液、膽汁和胰液素中非常穩定,因此,很適合作為口服疫苗的載體,脂質體也可以配合其它黏膜佐劑如CT一起使用,增加口服釋放的效率。

2.6 細菌載體 應用化學或分子生物學技術使上細菌中的致病基因發生突變以降低毒性,但仍保留了其對黏膜的侵襲力或從動物體內分離的益生菌作為載體,將疫苗抗原運載至APCs。目前常用的細菌載體主要包括李斯特桿菌、鼠傷寒桿菌、志賀菌、乳酸桿菌、酵母菌等。一般通過口服方式進行免疫,可保護抗原免于被體內酸性環境破壞。

3 黏膜免疫的途徑

常見的黏膜免疫途徑包括消化道、呼吸道、直腸黏膜等。由于每一部位的組織結構各不相同,其免疫的分子機制和效果也不同。疫苗用量較少,又能引起強烈的全身性免疫應答反應的途徑是最佳的途徑[10]。下面簡單介紹一下各種黏膜免疫途徑的特點。

3.1 消化道 消化道免疫主要是通過口服疫苗的方式免疫,操作方便,能同時預防腸道及呼吸道、泌尿生殖道感染。是傳統的黏膜免疫途徑,能產生大量的sIgA發揮免疫功能,但通過消化道免疫疫苗時,疫苗容易被強烈的胃酸環境破壞,免疫時需要加大劑量,或采用特殊的物質包被,以減少胃酸對疫苗的破壞。除了sIgA發揮重要作用外,位于小腸黏膜上皮之間的上皮內淋巴細胞,直接與進入腸腔的微生物接觸,也在消化道黏膜免疫中發揮重要的作用。腸道是誘導黏膜免疫應答的有效部位,經過腸道免疫可以產生較好的黏膜免疫應答,且免疫方法簡單易行。如何使疫苗不受消化液的影響,使用少量的抗原有效地誘導黏膜免疫反應,提高黏膜免疫力是目前經消化道免疫急需解決的問題。

3.2 呼吸道 所謂呼吸道免疫主要是經鼻腔接種疫苗,疫苗也可通過氣管,激發機體免疫。鼻黏膜具有豐富的血管,接種的疫苗能吸收進入體循環,一般所需要的劑量少,鼻腔接種后可誘導激活扁桃體處的B淋巴細胞,在鼻或扁桃體激活的部分B細胞可進入血液循環遷移到遠處黏膜組織。因此,鼻腔接種疫苗不僅能預防呼吸道感染,也能預防其它部位的感染。鼻腔接種操作簡單,不需要專門器械,并可避免由于注射而帶來的交叉感染。

3.3 直腸 雞直腸黏膜中有大量M細胞和淋巴細胞,直腸能夠進行局部黏膜免疫。

4 黏膜免疫在雞病防控中的應用

4.1 雞新城疫防控 新城疫病毒(NDV)感染的門戶主要是呼吸道和消化道黏膜,黏膜免疫作為雞體免疫的第一道防線,對防止NDV感染具有重要意義。對新城疫來說,要抵抗其強毒攻擊,既需要全身免疫,又需要局部免疫,特別是呼吸道的局部免疫,呼吸道的局部免疫只有直接接觸外源性抗原才能引起免疫應答。唐思靜等[11]以NDV LaSota株作為共免疫原,與大腸桿菌熱敏性腸毒素突變體蛋白(LTRG)重組蛋白經滴鼻、口服及肌肉注射三種途徑接種雛雞,通過血清IgG抗體、HI抗體及粘膜分泌型IgA抗體水平變化,評價不同途徑接種LTRG對NDV疫苗的免疫效果的影響。結果顯示:①三種途徑接種,LTRG均能顯著增強NDV疫苗的免疫抗體水平,免疫雛雞血清抗體和粘膜抗體水平均高于NDV疫苗單獨免疫組;②LTRG對NDV疫苗免疫增強作用,以滴鼻接種最顯著,二、三免后LTRG+NDV滴鼻組與NDV組血清IgG、粘膜 IgA 差異均顯著 (P<0.01、P<0.05),LTRG+NDV口服與NDV組血清IgG差異不顯著 (P>0.05)、粘膜 IgA差異極顯著 (P<0.01),LTRG+NDV肌注與NDV組IgG差異不顯著(P>0.05)、粘膜IgA差異顯著(P<0.05);③三種免疫途徑比較:血清 IgG抗體水平差異均不明顯(P>0.05),滴鼻、口服免疫可誘導雛雞產生較高的粘膜IgA抗體、血清HI抗體。徐培軍等[12]采用新城疫LaSota弱毒株經不同接種途徑免疫雛雞,然后采集氣管液、血清,對新城疫抗體進行檢測。結果表明:經飲水、滴鼻等免疫途徑比肌肉注射免疫更好地激活黏膜免疫部位產生更高水平的抗體。黏膜免疫途徑氣管液中的抗體在一免后比血清中抗體效價高 (P<0.05或 P<0.01),而二免后其抗體水平要低于非黏膜免疫反應血清中抗體水平(P<0.05)。馬金萍等[13]采用新城疫La Sota弱毒株疫苗經滴鼻、點眼途徑免疫不同日齡雛雞,然后采集血清、淚液和鼻洗脫液,應用血凝抑制試驗 (HI)和間接酶聯免疫吸附試驗(ELISA)對抗原特異性IgM、IgG和IgA或SIgA抗體水平的消長規律進行檢測。結果顯示,血清中IgG抗體水平最高,IgA和IgM抗體水平相對較低。免疫組血清HI效價明顯高于空白對照組血清HI效價。淚液和鼻洗脫液中新城疫病毒(NDV)特異性IgM出現的最早,于免疫后第4天可檢測到,并于第7天達到高峰,而后迅速下降,而NDV特異性IgG、SIgA于免疫后第7天可檢測到,并于第21天達到較高水平。13日齡免疫組總抗體水平分別高于6日齡免疫組和3日齡免疫組總抗體水平,但是1日齡免疫組不能誘導呼吸道黏膜產生抗體。

4.2 雞傳染性法氏囊病防控 雞傳染性法氏囊病(IBD)是由IBD病毒(IBDV)引起雞的一種急性、高度接觸性傳染病,接種疫苗是防制IBD的主要措施。由于IBDV主要經消化道和呼吸道等黏膜途徑感染,良好的局部黏膜免疫是抵抗該病感染的重要防線,所以通過模擬病原體的自然感染途徑,增強病原體最初侵入的呼吸道和消化道黏膜局部產生特異性sIgA,進而引起全身性系統免疫應答,對有效防制該病具有重要實踐意義。鄭世民等[14]研究表明使用免疫增強劑“禽福”和“Immunair”的1日齡SPF雛雞接種IBD疫苗后,其消化道和呼吸道局部黏膜免疫組織的T細胞和IgA、IgM和IgG生成細胞數量指標均不同程度地高于IBD疫苗單獨免疫的雛雞,表明免疫增強劑能明顯提高雛雞消化道和呼吸道局部黏膜免疫組織對IBD疫苗的免疫應答,增強IBD免疫雛雞對vvIBDV攻擊的保護力。許信剛等[15]構建了能表達IBDV VP2基因的重組減毒鼠傷寒沙門菌疫苗株X4550(pYA3341-VP2),進行重組菌VP2蛋白表達的鑒定,測定重組菌的穩定性、生長曲線、安全性以及小鼠免疫試驗。結果表明,酶切鑒定證實重組質粒構建成功,SDS-PAGE和Western blot證實重組菌表達的VP2蛋白能與雞抗IBDV陽性血清特異性結合,重組菌株在體外營養選擇壓力下,可穩定地攜帶重組質粒傳代繁殖,在體內可穩定地定居于腸系膜淋巴結和脾臟,小鼠口服試驗證實重組菌無毒性作用,口服重組菌免疫小鼠,ELISA檢測產生了抗IBDV抗體,中和試驗表明產生的抗體具有中和活性。林紅麗等[16]構建了能表達IBDVVP2基因的重組干酪乳桿菌,分別口服、滴鼻/點眼pLAVP2/L.casei,口服、肌注商品活苗及口服pLA/L.casei和PBS為對照,監測IgG和sIgA抗體水平,末免后7d檢測脾淋巴細胞增殖情況并攻毒,7d后剖檢,觀察法氏囊損傷程度并記錄病變得分和保護率。結果表明,各組的特異性sIgA、IgG抗體水平顯著高于對照組 (P<0.01),口服 pLA-VP2/L.casei組的淋巴細胞刺激指數顯著高于其他組 (P<0.01),保護率高達83.3%,免疫保護效果優于滴鼻/點眼組。

4.3 禽流感防控 禽流感是由禽流感病毒(AIV)引起的一種禽類傳染性疾病。AIV主要通過消化道和呼吸道感染雞,而后在腸道黏膜復制。如果增強咽和小腸黏膜免疫力,阻止病毒經消化道和呼吸道途徑進入體內,控制病毒在腸道定殖復制將會直接切斷病毒的傳播。目前控制和預防禽流感主要依靠注射禽流感全病毒滅活疫苗(油乳劑滅活苗),但肌肉注射滅活疫苗不能對黏膜局部產生有效刺激,也就不能誘導局部免疫應答。焦鳳超等[17]構建了含H5亞型禽流感病毒HA基因的重組沙門菌SL7207(pVAX1-HA)和 X4550(asd-pVAX1-HA),以2×109CFU的劑量兩次口服免疫1日齡商品代伊莎褐蛋雞,同時,將重組菌分別與pVAX1-IFN-γ或 pVAX1-IL2(200μg/只)聯合免疫,通過測定小腸粘膜抗體效價,結果顯示,重組菌單獨免疫組和聯合免疫組能激發機體產生粘膜免疫應答,且與空載體組、空白對照組以及油苗組之間存在顯著性差異 (P<0.05)。攻毒后,兩組重組菌免疫組雞對AIVH5亞型強毒攻擊均具有良好的免疫保護作用。劉麗平等[18]構建了含H9N2亞型AIVHA基因的重組沙門菌SL7207(pVAX1-HA)和X4550(asdpVAX1-HA)。以5×109cfu/只的劑量兩次口服接種1日齡的商品代伊莎褐蛋雞,免疫雞既能檢測到HA特異性的血清抗體應答,又能檢測到黏膜免疫應答,采用A/Chicken/Shanghai/3/2002(H9N2)AIV毒株經滴鼻和口服同時攻毒免疫雞后,這兩種疫苗抑制免疫雞排毒的效果與滅活疫苗有顯著差異。

4.4 雞傳染性支氣管炎防控 雞傳染性支氣管炎病毒(IBV)引起的雞傳染性支氣管炎(IB)是一種具有高度傳染性的病毒性呼吸道疾病,主要侵害雞的呼吸系統、泌尿生殖系統和消化系統,不同日齡均能感染,雛雞最易感。IBV是典型的嗜黏膜病原,主要通過呼吸道黏膜途徑感染機體,因此黏膜免疫研究是IBV致病機制研究的重中之重。房慧伶等[19]采用傳染性支氣管炎弱毒苗對1日齡雛雞分別進行點眼和滴鼻免疫。取氣管和哈德氏腺做石蠟切片,免疫組化染色,對氣管和哈德氏腺中SIgA細胞的分布、數量變化進行了觀察。結果表明:SIgA陽性細胞分布在哈德氏腺的間質中,氣管中的SIgA細胞主要分布在黏膜上皮細胞之間和固有層中,局部黏膜上皮形成的隱窩內也分布有SIgA細胞。數量統計分析表明:免疫組的哈德氏腺和氣管中SIgA細胞數量顯著高于對照組,點眼免疫的SIgA細胞數量比滴鼻免疫的高,加強免疫則使SIgA細胞數量進一步增多。

4.5 雞毒支原體防控 雞毒支原體(MG)引起的慢性呼吸道疾病已成為我國養雞業中一種重要的疾病,雞群平均感染率高達80%。現有雞毒支原體滅活疫苗的肌注免疫途徑只能激活機體的體液免疫,滅活疫苗雖然能激發集體的細胞免疫,但存在毒力返強的風險。研究表明體液免疫并不能有效抵抗MG感染,而黏膜抗體(IgA)和細胞免疫可能更重要,胡思順等[20]將表達的雞毒支原體(MG)HS株pMGA1.2重組蛋白(rpMGA1.2)經滴鼻點眼途徑免疫SPF雞,并進行攻毒試驗,結果顯示,免疫的SPF雞能夠誘導產生特異性體液免疫和呼吸道粘膜免疫,對2×109ccu MG-HS攻擊的保護率為67%。

5 小結與展望

黏膜免疫尤其對于一些經黏膜途徑侵入動物機體的病原防控效果更好,與傳統的免疫方式相比,黏膜免疫具有很多優點,對動物應激小,安全性好,即能產生局部黏膜免疫,形成黏膜抗體防護網,又能及全身免疫應答反應,操作簡便,省時、省力,可發揮占位效應,適合規模化養殖場應用,是雞用疫苗研究的重要方向。但在黏膜疫苗的研制過程中也存在一些問題,如在免疫佐劑的選擇,免疫途徑的確定及如何保持抗原的活性且發揮最佳的免疫效果等方面還有很多工作需要研究。黏膜佐劑的研制也取得了一定的進展,開發安全性、有效性、穩定性好的新型黏膜疫苗仍然是生物技術領域及生命科學工作者的重大挑戰。相信隨著分子生物學和免疫學理論與技術的發展,黏膜免疫將在今后雞病的防控中發揮越來越重要的作用。

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