牛病毒性腹瀉病毒的病原學、致病機制及免疫反應的研究進展

張天生

（烏拉特中旗德嶺山鎮綜合保障和技術推廣中心 內蒙古巴彥淖爾 015300）

牛病毒性腹瀉最早的報道見于1946 年的美國，1957 年首次分離到牛病毒性腹瀉病毒[1]。目前，牛病毒性腹瀉病毒在世界范圍內廣泛分布，給全世界牛養殖業造成了嚴重的經濟損失。牛病毒性腹瀉病毒可感染多種家畜和野生動物，如牛、綿羊、山羊、駱駝等。牛感染牛病毒性腹瀉病毒后可出現腹瀉、呼吸系統疾病、免疫抑制、生長遲緩、流產、繁殖能力下降等，對牛養殖可造成嚴重的危害[2]。本文對牛病毒性腹瀉病毒的病原學、致病機制和免疫反應的研究進展進行綜述，希望為牛病毒性腹瀉病病毒疫苗和特效藥物的研發提供參考。

1 病原學

牛病毒性腹瀉病毒是黃病毒科瘟病毒屬的病毒，同屬的成員有邊界病毒和豬瘟病毒，并且三種病毒的蛋白質結構、抗原和遺傳物質具有一定的相似性，因此三種病毒存在血清交叉反應。牛病毒性腹瀉病毒的病毒粒子呈球形至半球形，外層有雙層脂質囊膜，直徑為40～60 nm[3]。

1.2 分類

牛病毒性腹瀉病毒可分為3 種，分別為牛病毒性腹瀉病毒1型、牛病毒性腹瀉病毒2 型和HoBi 樣病毒。系統發育分析牛病毒性腹瀉病毒1 型分離為至少21 種亞基因型（1a-1u），牛病毒性腹瀉病毒2 型有4 種亞基因型（2a-2d），HoBi 樣病毒有4 種亞基因型（a-d）。牛病毒性腹瀉病毒1b 亞型一直是全球主要的亞基因型，其次是牛病毒性腹瀉病毒1a 亞型1c 亞型。牛病毒性腹瀉病毒亞基因型2a 在全球范圍內最為普遍，而牛病毒性腹瀉病毒2b、2c 和2d 僅在歐洲和亞洲國家的部分地區檢測到。此外，迄今為止，僅在南美、歐洲和亞洲檢測到HoBi 樣病毒，而在北美未檢測到[4]。

1.3 基因組結構

牛病毒性腹瀉病毒基因組的大小約為12.3 kb，由一個開放閱讀框組成，兩側是短的5’-和3’-非翻譯區。牛病毒性腹瀉病毒的5’-UTR 包含一個內部核糖體進入位點，其功能是啟動單個多蛋白的翻譯。內部核糖體進入位點由3 個螺旋組成，其中包含兩個高度可變的區域。3’-UTR 包含保守的莖環而不是poly-A 尾巴，并具有結合多個宿主細胞microRNA 的位點。開放閱讀框編碼一個大的多聚蛋白，該多聚蛋白在翻譯后被加工成四種結構蛋白和八種非結構蛋白。基因組結構如下（NH2-Npro/C/Erns/E1/E2/p7/NS2/NS3/NS4A/NS4B/NS5A/NS5B-COOH）。牛病毒性腹瀉病毒核糖體移碼主要是由于Npro 編碼區缺少一個核苷酸，這發生在牛病毒性腹瀉病毒的SD-1 株中，導致感染細胞中病毒RNA 和病毒蛋白減少[5]。

1.4 蛋白構成

牛病毒性腹瀉病毒編碼一種多蛋白，該多蛋白在翻譯后被切割成四種結構蛋白（C、Erns、E1 和E2）和8 種非結構蛋白（Npro、p7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A、NS5B）。牛病毒性腹瀉病毒的結構蛋白可分為三種包膜蛋白（Erns、E1 和E2）和一種衣殼蛋白（核衣殼蛋白C）。在結構蛋白中，C 蛋白是最豐富的蛋白質，其次是Erns，而E1 和E2 的含量又較低。在病毒表面，E2 是最豐富的表面蛋白，可誘導針對牛病毒性腹瀉病毒的免疫反應，其次是Erns。所有包膜蛋白均作為前體蛋白Erns/E1 E2 產生，后者通過兩步切割反應產生游離包膜蛋白Erns、E1 和E2。E1 和E2 都包含跨膜結構域，而Erns 僅錨定在膜上.。牛病毒性腹瀉病毒的脂質含有更多的膽固醇、鞘磷脂和己糖基神經酰胺，而甘油磷脂則更少，脂質分選機制未知，但膽固醇和鞘磷脂被證明對牛病毒性腹瀉病毒進入宿主細胞具有重要作用。Erns 蛋白是瘟病毒基因組中獨特的蛋白質之一，可以與核苷酸底物結合并具有核糖核酸酶活性。Erns 蛋白質在結構上與來自植物和真菌的T2 核糖核酸酶高度相似。Erns 被認為在病毒復制的早期形成異二聚體，這表明其在病毒附著于靶細胞中的發揮作用。牛病毒性腹瀉病毒的表面主要由E2-E2 同二聚體和E1-E2 異二聚體組成，這種異二聚體是病毒與宿主細胞融合的最重要的蛋白質。N pro 蛋白是第一個從病毒多聚蛋白的N 端產生的蛋白，分子量約為20 kDa，是瘟病毒特有的蛋白。牛病毒性腹瀉病毒的N pro 蛋白可以調節I 型干擾素的產生或抑制，并影響病毒的復制能力，導致感染動物的先天免疫抑制。病毒蛋白p7 是一種源自E2 的6～7 kDa 多肽，可參與感染性BVDV 顆粒的形成并促進病毒釋放，然而該功能的機制仍不清楚。NS4B 是一種具有NTPase 活性的35 kDa 疏水蛋白，參與牛病毒性腹瀉病毒的基因組復制。NS4B 含有高度保守的表位，可在病毒感染后誘導體液和細胞免疫反應，因此，NS4B 是疾病診斷、疫苗開發和感染治療的主要目標蛋白[6]。

2 致病機制

懷孕母牛感染牛病毒性腹瀉病毒后可導致多種癥狀，包括早期胚胎死亡、胎兒畸形以及胎兒的持續感染。持續感染牛在環境中可持續排毒，其在牛病毒性腹瀉病毒的傳播中有著重要的作用。持續性感染的牛在生長過程中可通過分泌物和排泄物排出牛病毒性腹瀉病毒，從而導致環境被污染，其他易感染物接觸被污染的環境或物品后感染風險升高。持續性感染的牛在整個飼養周期中不易被發現，尤其是在持續感染犢牛在出生后由于初乳中含有的抗體作用下，更不易被發現。牛更易感染牛病毒性腹瀉病毒，主要是與其2 號和26 號染色體上某些基因座有關，這些區域在牛的易感性和持續性感染中有著重要的功能。

宿主細胞的CD46 是牛病毒性腹瀉病毒結合的受體，部分毒株可通過CD46 獨立機制從感染的細胞傳播到易感細胞中。在牛病毒性腹瀉病毒感染中，E2 蛋白與CD46 受體的結合起主要作用，但是在其他研究中發現該結合并非是必需的步驟，表明其他蛋白可能也參與病毒和宿主結合過程。在進入細胞后，牛病毒性腹瀉病毒需要8～9h 才能完成整個復制過程，病毒滴度峰值出現在感染后16h。牛病毒性腹瀉病毒的復制還需要通過NS2-3 的切割機制進行調節，NS2-3 的切割機制由需要DNAJC14（一種限制性細胞輔助因子）的NS2 蛋白酶活性作用。NS2-3 的切割導致NS3 的產生，這是復制的重要部分。在復制過程中，牛病毒性腹瀉病毒的5’UTR 會阻止5’-3’核糖核酸外切酶并抑制其活性，從而導致許多正常情況下壽命較短的細胞mRNA 的半衰期顯著增加[7]。

3 免疫反應

牛病毒性腹瀉病毒感染后可導致宿主出現持續性感染和免疫抑制。自然感染牛病毒性腹瀉病毒后的保護性免疫以激活病毒特異性體液和細胞免疫反應為特征，在體液和細胞介導的免疫反應中，主要針對NS3 和E2 蛋白的CD4+T 輔助細胞是針對病毒的保護性免疫發展的關鍵參與者。B 細胞激活后，從感染的第14 d 開始可檢測到中和抗體。最有效的中和抗體主要針對表面蛋白E2，而對Erns特異的抗體具有較低的中和活性。雖然一些抗體靶向E1，但牛病毒性腹瀉病毒的主要結構蛋白不會誘導B 細胞活化和抗體產生。此外，非結構蛋白NS2-3 也可誘導強烈的抗體反應[8，9]。

牛病毒性腹瀉病毒誘導的免疫抑制已在自然感染的動物中發現，包括短暫或持續感染，以及實驗性人工感染后。牛病毒性腹瀉病毒的免疫抑制作用包括免疫細胞組成的變化、白細胞免疫表型的改變以及免疫細胞功能的一些缺陷，導致其他病原體繼發感染的疾病嚴重程度增加。牛病毒性腹瀉病毒還顯示出對幾種適應性免疫細胞功能的抑制作用，如與來自健康動物的細胞相比，來自受感染動物的牛淋巴細胞的多克隆促有絲分裂刺激誘導增殖反應降低。病毒RNA 會誘導IFN 的產生和合成，但牛病毒性腹瀉病毒的Erns 會抑制病毒RNA 較早觸發的IFN 產生途徑。此外，Npro 在細胞培養中的病毒復制過程中誘導IRF3（必需IFN 激活因子）的降解[9]。

4 結語

近年來，牛病毒性腹瀉病毒感染率持續增加，給世界各國牛養殖業造成了不同程度的經濟損失。國內外已有多種牛病毒性腹瀉疫苗或與其他疫病的聯合疫苗上市，對于牛病毒性腹瀉的防控有著關鍵的作用。但是，牛病毒性腹瀉病毒的感染機制、免疫逃逸機制、跨物種傳播機制等仍存在較多的知識盲區，不利于牛病毒性腹瀉的防控方法、特效藥物以新型疫苗的研制，因此仍需進一步研究牛病毒性腹瀉病毒的分子特征、病原特點、傳播機制、致病機制以及免疫反應，以為新型診斷試劑的研發以及疫苗、藥物的研制奠定基礎。■