牛病毒性腹瀉病毒發病機制和疫苗開發的最新進展

馬兵祥

（山東省濱州市鄒平市農業農村局青陽畜牧獸醫站 山東濱州 256217）

牛病毒性腹瀉（bovine viral diarrhea）又稱黏膜病（mucosal disease），是一種急性、熱性傳染病。牛病毒性腹瀉病毒（bovine viral diarrhea virus，BVDV）是一種與典型豬瘟（classical swine fever）和邊界病（border disease）的病原體相關的病毒，康奈爾大學的研究人員Olafson 和Rickard 于1946 年在美國紐約一群患有高死亡率急性胃腸炎的牛中首次發現了這種病毒[1]。牛病毒性腹瀉病毒存在于世界上大多數養牛國家，因此牛病毒性腹瀉病毒感染導致巨大經濟損失，直接損失是生產性能和生殖性能下降，如產奶量減少、呼吸系統疾病、先天性缺陷、生長遲緩、產犢間隔延長以及免疫抑制導致的動物患病率和死亡率增加；間接損失是預防控制成本增大[1]。已知牛病毒性腹瀉病毒感染會導致牛的生育能力低下，但與早期生殖損失相關的大部分潛在機制尚不清楚。在母牛中，牛病毒性腹瀉病毒感染被認為能夠直接殺死卵母細胞、胚胎和胎兒，或誘發導致胎兒畸形或流產。牛病毒性腹瀉病毒誘導子宮內膜先天免疫抑制，這可能會導致子宮疾病。牛病毒性腹瀉病毒感染還可能導致免疫功能障礙，并使牛易患其他疾病，導致健康問題[2]。

隱蔽性、長時間的短暫感染以及持續感染動物的存在是其在全世界牛群中普遍存在牛病毒性腹瀉病毒的原因。最初認為這種感染是不可能控制的，但在過去已經出現了有效的系統控制策略，所有有效控制計劃的共同特點是清除持續感染動物、對受感染牛群的跨區移動嚴格控制、嚴格的生物安全和監測，以及有效疫苗的使用。一些經典的減毒活疫苗和滅活疫苗一直被用于動物免疫，其中一些疫苗通常會誘導產生一定水平的體液和細胞介導的免疫應答[2]。然而牛病毒性腹瀉病毒新毒株和變種的出現影響了這些常規疫苗的效力。在一些地區鑒定出新的流行毒株，與新型疫苗相匹配，對有爭議的牛病毒性腹瀉病毒防治工作產生重大影響。牛病毒性腹瀉病毒的根除主要取決于幾個因素，包括對病毒株和變種的嚴格和持續監測，開發具有高通量診斷方法，同時檢測病毒的任何潛在新的新毒株或變種，以及開發疫苗。

1 分子生物學

牛病毒性腹瀉病毒顆粒呈球形至半球形，冷凍電子顯微鏡顯示，病毒顆粒由圍繞電子致密核的外雙脂質層包膜組成。大多數病毒顆粒，病毒顆粒的直徑約為50 nm（范圍在40～60 nm 之間），約有2%的顆粒直徑達到約65 nm[3]。牛病毒性腹瀉病毒屬于黃病毒科（genus pestivirus）瘟病毒屬（family flaviviridae），包括影響綿羊和豬物種的其他病毒（分別為邊境病病毒和典型豬瘟病毒）。根據牛病毒性腹瀉病毒的細胞病理學和細胞培養生長能力，鑒定了兩種基因型，為BVDV-1 和BVDV-2[3]。最近在歐洲從巴西進口的胎牛血清中鑒定出HoBi 樣病毒，該病毒可能被歸類為非典型瘟病毒屬病毒之一，或屬于BVD-3 血清型[3]。

牛病毒性腹瀉病毒基因組大小約12.3 kb，ORF 編碼一個大的多蛋白，經翻譯后加工成四種結構蛋白和八種非結構蛋白，包括NH2 -Npro/C/Erns/E1/E2/p7/NS2/NS3/NS4A/NS4B/NS5A/NS5B -COOH[4]。牛病毒性腹瀉病毒核糖體移碼主要是由于Npro 編碼區缺失一個核苷酸，這發生在牛病毒性腹瀉病毒的SD-1 毒株中，導致感染細胞中病毒RNA 和病毒蛋白的減少。通常有三個區域被用于病毒的基因分型，5'UTR，包含種內和種間保守的基序；Npro 區域，是病毒的獨特區域；E2 蛋白的編碼區域，顯示出高變異性，常用于病毒的基因分型[4]。根據基因組測序，基因型BVDV-1 被分為至少22 個亞型（BVDV-1a 至BVDV-1v），而基因型BVDV-2 和HoBi樣病毒被分為4 個亞型[4]。

2 發病機制

根據對培養細胞的影響而不是對感染宿主的影響，牛病毒性腹瀉病毒分為非細胞致病（non-cytopathogenic，ncp）型和細胞致病（cp）型[5]。cp 型牛病毒性腹瀉病毒在培養的細胞中誘導凋亡，而ncp型牛病毒性腹瀉病毒不會。然而，ncp 型牛病毒性腹瀉病毒似乎是急性感染的病因，可在多種體液中傳播，包括鼻分泌物、尿液、牛奶、精液、唾液、眼淚和羊水，糞便是一種可能的病毒來源[5]。與持續感染的牛進行鼻對鼻或性接觸是動物之間傳播感染的最常見方式，也涉及蒼蠅、霧化病毒和受污染的獸醫設備或圍欄等。ncp 型牛病毒性腹瀉病毒感染的最重要來源是持續感染動物。cp 型牛病毒性腹瀉病毒已被證明能夠在實驗條件下誘導急性感染[6]。

ncp 型牛病毒性腹瀉病毒的急性感染會導致未懷孕的牛短暫的病毒血癥，從感染后第3 天開始，直到約2 周后。牛病毒性腹瀉病毒感染幼齡動物，一般導致持續10～14 d 的短暫病毒血癥，還可能與短期白細胞減少癥、淋巴細胞減少癥和血小板減少癥、胸腺細胞凋亡、免疫抑制、發熱和腹瀉有關[6]。由此產生的免疫抑制反過來會導致其他感染性病原體的建立，或導致現有感染的復發。免疫抑制與牛病毒性腹瀉病毒對T 和B 淋巴細胞的直接影響以及腸道相關淋巴組織中淋巴細胞的凋亡相關。牛病毒性腹瀉病毒感染造成胃腸道肌間神經節和黏膜下神經節以及正常腸神經功能的中斷可能是一些急性感染牛腹瀉的原因。牛病毒性腹瀉病毒感染還會加劇呼吸道疾病。流產則與牛病毒性腹瀉病毒和caninum 孢子蟲的共感染有關[6]。

孕早期的感染可能導致持續感染小牛的出生，ncp 型牛病毒性腹瀉病毒具有抑制胎兒中I 型干擾素的能力，使病毒能夠在宿主中存活并成為持續感染動物。這些持續感染動物不會產生抗體反應或清除病毒，并會在所有排泄物和分泌物中排出大量病毒，包括牛奶、精液、唾液、鼻腔分泌物、尿液、血液和氣溶膠[6]。牛病毒性腹瀉病毒廣泛分布于持續感染動物的淋巴結、胃腸道上皮和淋巴細胞、肺、皮膚、胸腺和大腦。持續感染動物在臨床上可能是健康的，但有些可能顯得矮小、虛弱和生長遲緩，甲狀腺激素濃度明顯低于健康犢牛。持續感染動物易發生繼發感染，表明免疫功能較差，同時易感黏膜疾病，因此大多數持續感染動物生存能力相對低下。

3 疫苗開發

控制牛病毒性腹瀉病毒感染的首選方法之一是接種疫苗，因為相對便宜且有效。接種疫苗并不一定能阻止新的持續感染動物的出現，易感動物的感染仍在繼續。持續感染動物對感染持續存在的重要性已被認識到，疫苗接種的首要目標轉向了保護胎兒。

牛病毒性腹瀉疫苗包括滅活疫苗、減毒活疫苗和重組疫苗。減毒活疫苗通常不建議用于懷孕動物的疫苗接種，安全性問題促使開發了可在任何年齡和懷孕階段使用的滅活疫苗。根據國家獸藥基礎數據庫-國產獸用生物制品批簽發數據，牛病毒性腹瀉/黏膜病滅活疫苗（1 型，NM01 株），牛病毒性腹瀉/黏膜病、傳染性鼻氣管炎二聯滅活疫苗（NMG 株+LY 株）和牛病毒性腹瀉/黏膜病、牛傳染性鼻氣管炎二聯滅活疫苗（1 型，NM01 株+LN01/08 株）三種滅活疫苗獲批投入市場。一種重組疫苗被開發，該疫苗基于病毒結構蛋白E2與單鏈抗體的融合，用于將E2 抗原靶向抗原呈遞細胞上的主要組織相容性復合體Ⅱ類分子，開發的重組疫苗在牛體內誘導了快速和持續的特異性中和抗體反應[7]。

盡管牛病毒性腹瀉病毒的疫苗開發取得了進展，但對幾十年來廣泛接種疫苗效果的評估令人失望，疫苗接種并未改變疾病流行率。失敗的原因是牛病毒性腹瀉病毒獨特的感染機制，以及持續感染動物不斷排出大量病毒，持續感染動物在其一生中有充足的機會接觸并感染新的易感動物。在持續感染動物的存在下，只有100%的群體免疫才能阻止新的持續感染小牛的出現。由于在實際條件下幾乎不可能實現100%的群體免疫，因此成功地“僅接種疫苗”策略以實現牛病毒性腹瀉病毒流行的控制從未被報道過。

隨著診斷技術的改進，成本效益高的大規模篩查成為可能。病毒學篩查允許識別和消除持續感染動物，通過移除識別的持續感染動物，病毒從感染的牛群中被清除，并通過持續的高水平生物安全措施防止再次感染。在采取控制措施后，牛病毒性腹瀉病毒的患病率大幅下降，瑞士在短短兩年內將持續感染動物的患病率從1.8%降至0.2%以下，挪威從0.12%降至0.02%[5]。由于大規模篩查計劃難以全面執行以及是非強制性的，來自未參加病毒識別的鄰近畜群的感染壓力仍然很高，再次感染會造成嚴重的經濟后果。為了防止意外再次感染，需要在清除持續感染動物后對牛群再進行疫苗接種。愛爾蘭即通過清除持續感染動物再進行疫苗接種的方案，牛群患病率已從0.66%降至0.1%[5]。但仍需要更多的國家做出實質性努力來遏制牛病毒性腹瀉病毒的出現和傳播，以從全世界根除這種病毒。■