牛十二指腸賈第蟲的分子流行病學(xué)研究進(jìn)展

蔡偉龍，李 娜，馮耀宇，肖立華

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州 510642)

賈第蟲(Giardiaspp.)是常見的腸內(nèi)寄生原蟲，能感染人和多種脊椎動(dòng)物。賈第蟲的生活史存在兩個(gè)形態(tài)不同的階段，即滋養(yǎng)體和包囊[1]。滋養(yǎng)體為營養(yǎng)繁殖階段，為賈第蟲在宿主小腸內(nèi)寄生的形態(tài)；包囊為傳播階段，在小腸內(nèi)形成后隨糞便排出體外，對(duì)外界環(huán)境有很強(qiáng)的抵抗力[2-3]，主要通過糞-口途徑經(jīng)污染的飲水和食物傳播，引起以腹瀉、腹脹、營養(yǎng)不良和體重減輕為主要癥狀的賈第蟲病(giardiasis)[4-6]。賈第蟲病呈世界性分布，全世界每年有2.5億～3.0億人感染賈第蟲[4, 7]，大多數(shù)為無癥狀感染者[4-5,8]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國家賈第蟲病的感染率普遍較低，為0.4%～7.5%；發(fā)展中國家的感染率遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家，為8.0%～30.0%[4]。許多因素與賈第蟲感染率存在相關(guān)性，如社會(huì)經(jīng)濟(jì)、衛(wèi)生條件、地理區(qū)域和診斷敏感性[9]。目前，已出現(xiàn)100多 起水源性賈第蟲病的暴發(fā)[4, 10]，絕大部分與飲用污染的水有關(guān)，且大多數(shù)暴發(fā)出現(xiàn)在北美和歐洲[4]。賈第蟲的宿主范圍非常廣泛，能感染多種動(dòng)物，包括人類、家畜、伴侶動(dòng)物和野生動(dòng)物[4, 11]。賈第蟲病在我國廣泛存在，盡管尚未出現(xiàn)大規(guī)模的賈第蟲病暴發(fā)。我國每年的感染者約占世界的10%[12]，不同地區(qū)的賈第蟲感染率在0.85%～9.46%浮動(dòng)[13]，高感染率人群集中在15歲以下的兒童，其中，感染率最高的是5～10歲的兒童[14-15]。

1 賈第蟲分類

1.1 賈第蟲蟲種分類

賈第蟲分為Giardiaduodenalis、Giardiaagilis、Giardiamuris、Giardiapsittaci、Giardiaardreae、Giardiamicroti和Giardiavarani7個(gè)蟲種，每個(gè)蟲種都有其特定的宿主范圍[5, 16](表1)。十二指腸賈第蟲Giardiaduodenalis(又稱Giardiaintestinalis或Giardialamblia)能感染人和大多數(shù)哺乳動(dòng)物[4, 17-18],其他蟲種主要感染兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳動(dòng)物中的嚙齒類[17,19]。十二指腸賈第蟲的一些基因型(又叫集聚體)可在人和動(dòng)物之間流行，具有一定的人獸共患意義[20]，目前，絕大多數(shù)研究都集中于十二指腸賈第蟲[16-17]。

表1 已確定的賈第蟲蟲種和主要宿主

1.2 十二指腸賈第蟲集聚體分類

分子生物學(xué)研究表明，十二指腸賈第蟲可被進(jìn)一步細(xì)分為具有遺傳相關(guān)性的集聚體[21]，而這些集聚體有的來源于特定的宿主[16]。十二指腸賈第蟲分為A～H 8種集聚體(assemblage A～H)，不同集聚體的宿主范圍都不一樣[4,24-29](表2)。其中，集聚體A和集聚體B的宿主范圍非常廣泛，能感染人和大多數(shù)哺乳動(dòng)物，是人獸共患型集聚體；集聚體C和D主要感染犬科動(dòng)物；集聚體E主要感染有蹄類動(dòng)物，如牛、羊、豬、馬等家畜；集聚體F主要感染貓；集聚體G主要感染嚙齒類動(dòng)物；集聚體H主要感染海豹等海洋動(dòng)物[5, 23](表2)。

表2 十二指腸賈第蟲的集聚體及其宿主范圍

2 十二指腸賈第蟲的分型工具

目前，常用于十二指腸賈第蟲基因分型的遺傳位點(diǎn)，包括谷氨酸脫氫酶基因(gdh)、核酸丙糖異構(gòu)酶基因(tpi)和β-賈第素基因(bg)[4, 17]。通過對(duì)這3個(gè)靶基因進(jìn)行巢式PCR擴(kuò)增，分析PCR產(chǎn)物序列的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)，可將十二指腸賈第蟲的分離株分為A～H 8種集聚體[4-5,16]。圖1為十二指腸賈第蟲的集聚體在3個(gè)遺傳位點(diǎn)的系統(tǒng)發(fā)育樹。

圖1 十二指腸賈第蟲集聚體在3個(gè)遺傳位點(diǎn)(bg、tpi、gdh)的系統(tǒng)發(fā)育分析(NJ樹)

在每種集聚體中，還可以通過SNPs分析，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行亞型分型[30]。集聚體A和集聚體B的宿主范圍非常廣，存在一定的人獸共患風(fēng)險(xiǎn)，所以了解這兩種集聚體在宿主內(nèi)的亞型分布及基因差異可以提供關(guān)于亞型與宿主關(guān)系、每個(gè)亞型的致病潛力、傳染源追蹤、賈第蟲病暴發(fā)調(diào)查以及傳播動(dòng)力學(xué)的信息[4]。在集聚體A中，每個(gè)基因位點(diǎn)都有多個(gè)亞型，通常稱為A1～A6[4,30]。在這幾個(gè)位點(diǎn)中，A1和A5亞型具有相似的序列，形成了一個(gè)與A2～A4及A6形成的第二亞組不同的亞組[4]。一些亞型有明顯的宿主適應(yīng)性，目前發(fā)現(xiàn)A1大多在動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，A2大多在人類中發(fā)現(xiàn)，而A6幾乎只出現(xiàn)在野生反芻動(dòng)物中[4,31]。集聚體B的亞型比集聚體A的多，但各亞型在3個(gè)位點(diǎn)不形成穩(wěn)定的系統(tǒng)關(guān)系[31]。原因之一是集聚體B的亞型存在等位基因序列雜合性[32]，難以用基于PCR產(chǎn)物的序列分析對(duì)集聚體B進(jìn)行亞型分型[31-32]。集聚體E也有許多亞型，但在其各種位點(diǎn)的核苷酸序列中沒有具宿主特異性的亞集聚體(sub-assemblage)[30]。

對(duì)不同的遺傳位點(diǎn)分析時(shí)會(huì)獲得不完全一致的基因分型結(jié)果[24，33]。多位點(diǎn)基因型(multilocus genotype，MLG)是一種綜合分析十二指腸賈第蟲3個(gè)遺傳位點(diǎn)(tpi、bg、gdh)后構(gòu)建的用來更好地表征遺傳性質(zhì)的基因型[24,34]?；谶@3個(gè)位點(diǎn)的多位點(diǎn)分型工具(multilocus genotyping tools)越來越多地用于十二指腸賈第蟲的基因分型和集聚體A的亞型分型[4]，并且已經(jīng)運(yùn)用到十二指腸賈第蟲的群體遺傳學(xué)研究中[34-36]?，F(xiàn)在，利用多位點(diǎn)分型工具可將集聚體A的亞型歸到3個(gè)亞集聚體：AⅠ、AⅡ和AⅢ，以此為基礎(chǔ)建立的系統(tǒng)發(fā)育樹可清晰地描述集聚體A各亞型和亞集聚體之間的親緣關(guān)系[4]。此外，集聚體B的序列雜合性也使得多位點(diǎn)分型工具無法用來定義其亞集聚體[4, 24]。

3 我國牛十二指腸賈第蟲的流行情況

牛十二指腸賈第蟲感染在全世界廣泛分布。在多項(xiàng)研究中，十二指腸賈第蟲的陽性率在1.09%～74.2%浮動(dòng)，且奶牛的陽性率明顯高于肉牛[37-40]。在集聚體的分布上，集聚體E是感染牛的主要基因型，其次是集聚體A，集聚體B僅出現(xiàn)在少數(shù)研究中[4, 41]。其他集聚體僅有少數(shù)不確定的報(bào)道[4, 42]。

目前，我國牛十二指腸賈第蟲的流行情況與世界上其他國家的情況大致相同(表3)。在廣東的一項(xiàng)調(diào)查中，十二指腸賈第蟲的陽性率高達(dá)74.2%。其次是上海，陽性率為60.1%，而西北地區(qū)(甘肅、寧夏、陜西、青海等)和東北地區(qū)(黑龍江、吉林和遼寧)的陽性率較低(均低于20%)。在河北、天津和北京的研究中，十二指腸賈第蟲陽性率均低于5%，分別是4.7%和1.1%(河北和天津的數(shù)據(jù)來自同一研究)。同一地區(qū)不同研究所報(bào)道的十二指腸賈第蟲陽性率差異明顯，廣東的兩項(xiàng)研究中，陽性率分別為74.2%和2.2%，而四川的研究則分別為41.2%、9.4%和1.2%(表3)。這些差異可能主要是由采樣動(dòng)物年齡、健康狀況及檢測(cè)方法不同引起的。

在集聚體分布方面，集聚體E的比例占絕大多數(shù)(94.5%)，而集聚體A和B呈散發(fā)分布，占比分別是2.7%和1.5%。值得注意的是，集聚體A的分布沒有明顯的地域差異；而集聚體B的出現(xiàn)較為集中，只在青海、寧夏、上海和黑龍江有發(fā)現(xiàn)，且檢出的數(shù)量很少(表3)。在混合感染方面，存在集聚體A和E的混合感染，且?guī)缀醵技性跂|部地區(qū)，在西部地區(qū)未有發(fā)現(xiàn)(表3)。

表3 我國牛十二指腸賈第蟲流行情況和集聚體類型

4 牛十二指腸賈第蟲的公共衛(wèi)生意義

高感染率、人獸共患威脅及潛在的暴發(fā)可能使得十二指腸賈第蟲病在全世界范圍內(nèi)都有著重要的公共衛(wèi)生意義。研究十二指腸賈第蟲分子流行病學(xué)的一個(gè)重要方面是深入了解其不同集聚體的宿主范圍及跨物種傳播的可能性[4]。如前文所述，感染人的十二指腸賈第蟲的基因型絕大多數(shù)是集聚體A和B，這兩種集聚體具有廣泛的宿主范圍和潛在的人獸共患威脅[76]。此外，在人十二指腸賈第蟲的基因型研究中，集聚體C、D和F有一些不確定的報(bào)道[77-81]，巴西、埃及和澳大利亞也曾報(bào)道集聚體E的出現(xiàn)[27,82-83]。然而，這幾種集聚體在人中的分子流行病學(xué)數(shù)據(jù)非常少，這些集聚體的人獸共患潛力在逐步得到認(rèn)識(shí)。

在分子流行病學(xué)的層面上，對(duì)十二指腸賈第蟲的基因型研究得最多的是集聚體A。利用多位點(diǎn)分型工具可以將集聚體A分為3類亞集聚體：AⅠ、AⅡ和AⅢ，且這些亞集聚體存在一定的宿主差異[4, 17]。目前發(fā)現(xiàn)，AⅠ和AⅡ是人和動(dòng)物中常見的亞集聚體[17]，其中AⅠ主要感染哺乳動(dòng)物，AⅡ在人中更為常見，AⅢ主要感染野生動(dòng)物和反芻動(dòng)物[24,84]。在牛十二指腸賈第蟲的研究中，AⅠ的比例明顯高于AⅡ[63]。除了集聚體A外，集聚體B也在牛中發(fā)現(xiàn)，但其分布有限[17]。這些因素，加上集聚體E感染率占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得牛十二指腸賈第蟲的公共衛(wèi)生意義可能有限[4]。

集聚體A的實(shí)際感染率可能比過去認(rèn)為的要高[4]。在一些牛十二指腸賈第蟲病的調(diào)查中，集聚體A的感染率就出現(xiàn)了預(yù)料之外的結(jié)果。在澳大利亞的一項(xiàng)研究中，集聚體A在賈第蟲陽性樣品中的占比為43%[85]。此外，美國的一項(xiàng)牛賈第蟲縱向調(diào)查發(fā)現(xiàn)[86]，小于18周齡的犢牛僅發(fā)現(xiàn)集聚體E的感染，在7周齡時(shí)集聚體E的累計(jì)感染率甚至可達(dá)到100%；而當(dāng)牛生長到18周齡后，集聚體A開始出現(xiàn)，并且在15月齡時(shí)的累計(jì)感染率高達(dá)70%。有研究認(rèn)為，十二指腸賈第蟲在宿主體內(nèi)發(fā)育的過程中，集聚體A和E可能存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并且兩者的分布可能與牛的年齡有關(guān)[4,87]。盡管集聚體E仍然是目前感染牛最主要的基因型，然而，隨著集聚體A越來越多被發(fā)現(xiàn)，集聚體A在牛中的分布可能更廣泛[4, 17]。同時(shí)，近年來，國外已經(jīng)有多起人感染集聚體E的報(bào)道，表明集聚體E可能具有一定的跨宿主傳播能力[27]，其人獸共患潛力需要得到更多的認(rèn)識(shí)。

5 小 結(jié)

賈第蟲是一種全球范圍內(nèi)分布的重要腸道寄生性原蟲，這種帶鞭毛的原生動(dòng)物會(huì)引起自限性的賈第鞭毛蟲病[88]。該病的典型癥狀表現(xiàn)為腹瀉、腹部絞痛、腹脹、體重減輕和吸收不良，但以目前的流行病學(xué)數(shù)據(jù)來看，無癥狀感染的病例居多。賈第蟲可在人和多種哺乳動(dòng)物體內(nèi)寄生，形成包囊隨宿主糞便排出，污染食物、水源和界面。包囊的環(huán)境抗性很強(qiáng)，能在環(huán)境中長期生存[10,89-90]，使賈第蟲病能在宿主之間持續(xù)傳播，增加了其食源性和水源性傳播的風(fēng)險(xiǎn)[10, 89, 91]。但是，很多國家對(duì)賈第蟲病的病原檢測(cè)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)并未到位，其實(shí)際上的食源性感染率可能更高[91]。全球范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)多起賈第蟲病的暴發(fā)，但賈第蟲病的公共衛(wèi)生意義還未得到廣泛的關(guān)注，賈第蟲病的人獸共患風(fēng)險(xiǎn)也未得到充分的認(rèn)識(shí)[91]。

牛作為重要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，與人類社會(huì)的關(guān)系非常密切。當(dāng)前，牛養(yǎng)殖業(yè)的集約化規(guī)模越來越大，牛作為人獸共患寄生蟲病的傳播來源對(duì)人的威脅也越來越大。感染了十二指腸賈第蟲的牛可向外界環(huán)境排出大量包囊(1頭牛1 d可排出7.6×106個(gè)包囊)[92-93]，而這些包囊可在環(huán)境中廣泛傳播。另一方面，犢牛感染十二指腸賈第蟲后可出現(xiàn)腹瀉、營養(yǎng)不良等癥狀，使其發(fā)育遲緩和生產(chǎn)力受限，影響著牛養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[40]。傳統(tǒng)上，賈第蟲病的診斷方法是使用顯微鏡檢查糞便中的滋養(yǎng)體和包囊，但耗時(shí)長，且可能出現(xiàn)假陰性的結(jié)果[94]。免疫學(xué)診斷(ELISA、IFA和免疫色譜檢測(cè)等)的敏感性和特異性較高，現(xiàn)在常用于賈第蟲病的檢測(cè)[95]。巢式PCR技術(shù)是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的賈第蟲檢測(cè)技術(shù)，其敏感性和特異性分別可以高達(dá)88.9%和82.9%[96]。

分子分型工具的發(fā)展已經(jīng)大大改變了人們對(duì)賈第蟲人獸共患潛力的理解[97]，使人們更深入地了解人獸共患型的集聚體所表現(xiàn)出的遺傳特征，并且逐漸認(rèn)識(shí)其他集聚體潛在的跨宿主傳播能力和人獸共患風(fēng)險(xiǎn)[4, 98]。當(dāng)前，牛十二指腸賈第蟲的分子流行病學(xué)研究還不夠全面和深入[5, 19]。分析十二指腸賈第蟲的集聚體、亞集聚體和亞型在人和動(dòng)物之間的流行特點(diǎn)，深入研究十二指腸賈第蟲分子流行病學(xué)規(guī)律，是目前研究和防控牛十二指腸賈第蟲病重點(diǎn)所在[4]，也是未來牛十二指腸賈第蟲病研究的發(fā)展方向。