豬繁殖與呼吸綜合征的發病機制及免疫

文│胡志力 鄒雙林*（湖南省長沙市開福區動物衛生監督所）

豬繁殖與呼吸綜合征最早的報道見于1987年的美國中部西部，隨后在美洲、亞洲等地區的國家廣泛流行，我國于1996年首次發現，2001～2002年發生第二次暴發性流行，2006年豬繁殖與呼吸綜合征病毒變異毒株引發高致病性豬藍耳病給我國豬養殖業造成了嚴重的經濟影響。豬繁殖與呼吸綜合征病毒屬于動脈炎病毒科動脈炎病毒屬的病毒，是長度約為15kb的單鏈正鏈RNA，編碼了11個開放閱讀框：ORF1a、ORF1b、ORF2a、ORF2b、ORF3～7，以及新發現的ORF5a和ORF2（TF）。ORF1a和ORF1b占基因組的75%，并略有重疊，其編碼兩種多蛋白，分別為pp1a和pp1b，其中pp1b由重疊區域中的-1核糖體移碼翻譯。pp1a包含4種病毒蛋白酶活性：兩種木瓜蛋白酶樣半胱氨酸蛋白酶（PLP1α和PLP1β）、脊髓灰質炎病毒3C樣半胱氨酸蛋白酶（CP或PLP2）和絲氨酸蛋白酶（SP），此外，基因還編碼了多種非結構蛋白，分別為nsp1α、nsp1β、nsp2,和nsp4。PLP1α、PLP1β和PLP2分別從pp1a生成nsp1α、nsp1β和nsp2，nsp4中的SP通過nsp14生成nsp3。因此，通過自身蛋白水解處理從pp1a和pp1b產生14個nsps。在nsp2中新發現了兩個額外的nsps，nsp2TF和nsp2N是通過-1/-2移碼生成。剩下25%的病毒基因組編碼9種結構蛋白；7種膜蛋白（GP2a、GP2b[E]、GP3、GP4、GP5a、GP5和M）和核衣殼（N）蛋白。

一、豬繁殖與呼吸綜合征病毒致病的分子機制

1.抑制I型干擾素反應。先天免疫是宿主抵抗感染的第一道防線，而I型干擾素（IFNs-α/β）是對入侵病毒先天免疫中最有效的成分。IFNs-α/β是由細胞中復雜的信號傳導過程產生的，一旦產生就會從細胞中釋放出來，并與同一細胞（自分泌）或相鄰細胞（旁分泌）上的受體結合。干擾素與其受體的結合使Janus激酶1（JAK1）和酪氨酸激酶2（Tyk2）磷酸化，并激活信號轉導子和轉錄激活因子1（STAT1）和STAT2，從而募集干擾素反應因子9（IRF9）以形成IFN-刺激的基因因子3（ISGF3）復合物。ISGF3進入細胞核，并與干擾素刺激基因（ISGs）的干擾素刺激調節反應元件（ISRE）結合表達，而ISGs是建立細胞抗病毒狀態和調節其他細胞功能的主要執行者。PRRSV對IFNs-α/β敏感，并且體外、體內試驗均證實了豬繁殖與呼吸綜合征病毒介導的IFNs抑制表明病毒已經進化為解除宿主的先天免疫，抑制I型IFN對病毒感染期間的存活有重要作用。目前，豬繁殖與呼吸綜合征的6種蛋白質已被鑒定為IFN拮抗劑，分別為nsp1α、nsp1β、nsp2、nsp4、nsp11和N。

2.調節細胞凋亡。細胞凋亡是一種程序性細胞死亡，其中有兩條主要途徑；線粒體通路和死亡受體通路。線粒體途徑受Bcl-2家族蛋白的調節，其特征是線粒體膜電位的破壞和細胞色素c的釋放。死亡受體途徑由腫瘤壞死因子受體1/Fas配體介導，其特征是形成激活caspase-8和caspase-10的死亡誘導信號復合物。其他上游調節因子，如JNK（c-JunN末端激酶）、UPR（未折疊蛋白反應）、氧化應激、p53和自噬也有助于細胞凋亡。豬繁殖與呼吸綜合征病毒已被證明可誘導細胞凋亡，但有報道稱，豬繁殖與呼吸綜合征病毒可抑制細胞凋亡。由于試驗條件及其他因素的影響，目前尚不清楚豬繁殖與呼吸綜合征病毒對細胞凋亡調節的具體機制。但許多病毒具有凋亡、促凋亡和抗凋亡的雙重功能，豬繁殖與呼吸綜合征病毒是否同樣具有雙重功能需進一步的試驗驗證。

3.炎癥細胞因子反應。感染過程中，在細胞中產生的病毒相關分子等可以被宿主受體識別，從而引發抗病毒反應，包括產生各種細胞因子和炎癥反應的誘導。豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染會引起嚴重的間質性肺炎，表明炎癥反應在PRRSV的感染和發病機制中起重要作用。以往研究表明，高致病性豬繁殖與呼吸綜合征病毒在外周血中可產生高水平的炎癥細胞因子（包括IL-1、IL-6和TNF-α），表明高致病性豬繁殖與呼吸綜合征病毒可能會加重炎癥，損傷組織器官。此外，在妊娠85天接受攻擊并在感染后21天實施安樂死的妊娠后備母豬中，胎兒胸腺和脾臟中的細胞因子基因表達顯著上調。豬繁殖與呼吸綜合征病毒還上調PAM和小膠質細胞中的細胞因子。

4.與病毒增殖相關的其他細胞途徑。豬繁殖與呼吸綜合征病毒依靠宿主因素完成其復制周期，但宿主免疫系統限制了病毒復制，并能清除入侵病毒，這對病毒的增殖十分不利。為了在細胞內生存和繁殖，豬繁殖與呼吸綜合征病毒通過抑制先天免疫、操縱細胞因子反應、調節細胞凋亡和自噬等途徑來保證病毒的正常增殖。

二、宿主免疫反應

1.先天免疫。先天免疫系統是宿主抵抗病毒感染的第一道防線，包括物理屏障（包括皮膚、黏膜等）、化學屏障（如抗菌肽、脂質、酶）和免疫細胞［如單核細胞、巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、中性粒細胞和自然殺傷（NK）細胞］。在病毒感染后，宿主先天免疫系統的充分激活對防止病毒復制和入侵黏膜組織至關重要，此外，對啟動對抗細胞內病原體的強適應性免疫也同樣重要。有研究表明，低日齡的豬比成年豬更易感染豬繁殖與呼吸障礙綜合征，這與低日齡豬先天免疫系統發育不良和對抗病毒免疫逃逸的反應有限有關。在黏膜部位激活的先天免疫反應在誘導針對腸道和呼吸道感染病原的黏膜免疫中發揮著重要作用，但許多豬病毒可通過調節宿主先天免疫來調節宿主的適應性免疫，從而導致慢性持續感染。豬繁殖與呼吸綜合征病毒可調節宿主的免疫狀態，從而有利于微生物感染，進而導致更高的發病率。

感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒會顯著抑制自然殺傷細胞的細胞毒活性。感染豬繁殖與呼吸綜合征的病豬分泌的先天免疫因子數量明顯低于感染其他病毒的豬，因此，適應性免疫的激活被延遲和抑制，IFN-α表達量下降。

2.體液免疫。感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒后的7～9天會產生抗體反應，但沒有證據表明對PRRSV感染有保護作用；血清中和抗體在28天后出現。中和抗體可提高仔豬被動免疫，這對仔豬預防經胎盤感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒發揮著重要作用，并且給母豬和仔豬提供了抵抗豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染的能力。但這種轉移需要較高滴度的中和抗體。通過單次自然感染或疫苗接種的免疫僅能提供有限的保護，因此需要反復接種疫苗來提供較高水平的免疫保護力。此外，中和抗體通常具有疫苗毒株特異性，不同毒株的交叉保護能力較低。

3.自適應細胞介導的免疫。不同豬繁殖與呼吸綜合征病毒毒株感染后產生的細胞免疫存在一定的差異，且不同毒株感染后的交叉反應可表現出不同的強毒，并且與細胞毒性CD8+IFNγ和CD8-IFNγ+細胞具有不同的相關性。在豬繁殖與呼吸綜合征病毒特異性IFNγ產生細胞的頻率和CD8表型方面，用不同病毒分離物刺激后，免疫反應明顯不同，細胞因子的調節似乎更依賴于疫苗接種或感染狀況，而不是不同分離株的刺激。在基因和蛋白質水平上，IL-10產生的變化似乎比TNFα的變化更相關。在豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染后，淋巴組織中特異性T細胞沒有顯著差異，病毒主要在扁桃體、胸骨和腹股溝淋巴結中持續感染，病毒載量減少了3～4個對數。但組織病毒水平和豬繁殖與呼吸綜合征病毒特異性T細胞頻率之間沒有明顯的相關性。豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染后，免疫分子表達失調是導致適應性免疫減弱的原因。病毒通過促進免疫抑制細胞因子IL-10和轉化生長因子-β（TGF-β）的分泌來逃避宿主免疫。豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染誘導強烈的免疫抑制反應，導致Th1免疫反應延遲發生。豬繁殖與呼吸綜合征病毒N蛋白的免疫調節特性導致Foxp3＋T調節細胞（Tregs）和IL-10產生的頻率上調。誘導的Tregs可以抑制抗病毒免疫，從而促進豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染的建立。此外，B細胞和T細胞的細胞凋亡也在高致病性豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染中發揮了重要作用。

三、結語

豬繁殖與呼吸綜合征是一種對世界豬養殖業危害極大的豬傳染病，對我國生豬養殖已造成嚴重的經濟損失。在研發豬繁殖與呼吸綜合征的疫苗、特效治療藥物時，需對豬繁殖與呼吸綜合病毒與宿主細胞之間的相互作用以及宿主對病毒感染后的免疫機制進行闡明，從而針對性從病毒入侵、復制及誘導的免疫調節機制中篩選出主要的藥物靶點或疫苗靶蛋白。雖然目前對豬繁殖與呼吸綜合征的生物學和生態學已取得了重大的研究突破，但病毒與宿主之間的相互作用及疫苗免疫學方面仍存在知識盲點，仍需進一步開展相關的研究工作，為豬繁殖與呼吸綜合征的疫苗、藥物和診斷試劑研發奠定基礎。