猪流行性腹泻病毒感染机制与防控措施

文│张应斌(山东省济南市钢城区艾山街道办事处畜牧兽医站)

能够引起猪腹泻的疫病很多,如猪流行性腹泻、猪传染性胃肠炎、猪轮状病毒病、猪细小病毒病、猪白痢、猪副伤寒、猪球虫病、猪弓形虫病、猪球虫病等。其中猪流行性腹泻(Porcine epidemic diarrhea,PED)是由猪流行性腹泻病毒(Porcine epidemic diarrhea virus,PEDV-CoV)感染引起的高度传染性肠道感染病,主要的临床症状包括腹泻(白色或黑色的水样粪便,气味恶臭)、脱水(高渗出性腹泻引起严重脱水)、呕吐(呕吐物中常有未消化的乳糜)、腹部肿胀、食欲减退和精神沉郁等。不同年龄的猪对猪流行性腹泻均易感,主要发生在两周龄的仔猪。不同日龄的猪感染后症状不同,十日龄内的仔猪感染后的平均死亡率为50%,最高能达90%,感染仔猪耐过后可能变成发育缓慢的僵猪。肥育猪感染后一般症状轻微,基本能够自行恢复,平均死亡率在3%以下。该病的流行存在季节性,在冬春季节多发。猪流行性腹泻分布广泛,给猪养殖业造成的经济损失严重,2013—2015年美国养猪业发生了严重的猪流行性腹泻疫情,损失了约700万头猪。随着发达国家执行严格的生物安全措施,猪流行性腹泻疫情呈现下降趋势,而亚洲地区猪流行性腹泻疫病近年来频发,并且呈现出高度复杂的变异性。

猪发生感染后,对病猪剖检后可见明显的肠道病变,一周龄内仔猪消化道胀气,小肠内胀气且有积液,伴有零星出血。胃壁、肠壁变薄,胃内容物呈凝集状,胃黏膜上皮细胞有脱落或呈空泡状,胃腺上皮细胞坏死,肠壁出现渗出性出血。小肠绒毛细胞脱落,肠绒毛萎缩或断裂,网状结构可能出现萎缩。肠道内发生炎症的部位主要以十二指肠和空肠的病变最明显,十二指肠的肠腔内充满黏液,空肠肠腔内存在大量的白色黏稠渗出物。有的病猪肺泡内出现少量的炎性渗出物,肾表皮出现点状出血,脾表层充血,肝表皮细胞出现颗粒变性。

PEDV-CoV属于套病毒目冠状病毒科冠状病毒属,最早于1971年首次被报道。冠状病毒引起的各种传染病对人类和动物健康构成了巨大威胁,如当今流行全球的新型冠状病毒(COVID-19)。PEDV-CoV的粒子直径为95~190纳米之间,平均直径为130纳米,主要为球形。冠状病毒属包括PEDV-CoV、猪传染性胃肠炎病毒(Transmissible gastroenteritis virus,TGEV-CoV)、猪急性腹泻综合征冠状病毒(Swine acute diarrhoea syndrome coronavirus,SADSCoV)和猪delta冠状病毒(Porcine deltacoronavirus,PD-CoV)等。从临床症状上难以区分PEDV-CoV和TGEV-CoV感染,但TGEV-CoV感染引起的病症相对轻缓,PEDV-CoV感染引起临床症状最为强烈,死亡率也最高。另外,猪轮状病毒(Porcine retavirus,PRV)感染引起的临床症状也与PEDV-CoV感染相似,因此很难通过临床症状的不同诊断具体的感染病毒,需要应用实验室诊断方法。PEDV-CoV和其他冠状病毒类似,PEDV-CoV感染、复制过程的主要步骤包括附着和进入、病毒复制酶翻译、基因组转录和复制、结构蛋白翻译以及病毒粒子组装和释放。PEDVCOV是RNA病毒,对乙醚、氯仿等脂溶性试剂和一般消毒剂均敏感,但当前却没有有效的抗生素对PEDV-CoV有效,对PED的防控主要是综合防控和疫苗预防。而且猪腹泻很多时候是多种感染并存,预防和治疗需要考虑其他可能的疫病。

PEDV-CoV已被证实可以感染鸭肠上皮细胞、蝙蝠肺泡细胞和人肺泡巨噬细胞,由于PEDV-CoV的宿主不仅仅是猪,PED具有跨物种传播的潜力。序列分析表明,PEDV-CoV和SADS-CoV可能起源于蝙蝠冠状病毒,而PD-CoV则起源于麻雀冠状病毒这也证明了冠状病毒的跨物种传播特性。PEDV-CoV通过消化道传播(粪或其他污染物—口传播)、母乳传播和精液传播,主要经口鼻进入猪体内。PEDV-COV进入肠道后,通过氨基肽酶功能性受体的介导感染肠绒毛上皮细胞和杯状细胞,并能逐渐感染肠隐窝细胞和肠系膜淋巴结。在小肠绒毛上皮细胞内大量增殖,造成细胞损伤、绒毛萎缩,对肠道内的营养物质消化和吸收出现障碍,引起渗出性腹泻。乳糖酶、蔗糖酶、麦芽糖酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶等肠道酶生成不足,对营养物质的消化利用不足。同时PEDV-CoV的感染也能引起线粒体功能障碍,进一步造成肠道对营养物质的利用不足,造成渗出性腹泻。肠道杯状细胞受损,数量减少,黏蛋白分泌减少,致使肠道对致病菌群的抵抗力减弱,更易引起其他疾病的感染。

微量血清中和试验,林志雄等采用PEDV-G1株感染PK-15细胞作指示细胞,发现发生过PED的猪场猪血清均为阳性。

电镜和免疫电镜,电镜观察可以从形态上区分PEDV-CoV和TGEV,但差异很小,难以区分,免疫电镜能够直观地定性,但因为设备昂贵,并不适于大规模诊断。

酶联免疫吸附法,现已有可以从粪便中检出PEDV-CoV抗原和从血清中检出PEDV-CoV抗体的酶联免疫吸附法。酶联免疫吸附法被认为是检测血清抗体最敏感、最特异的方法。

胶体金技术,与酶联免疫吸附法一样已开发出许多商品试剂盒或试纸条,能够较广泛地应用于现场大批量检测。

反转录聚合酶链式反应(RTPCR)法,已建立各种RT-PCR方法,检测灵敏,但所需仪器设备限制了其应用,不适用于临床诊断。在RT-PCR法的基础上,已开发出环介导等温扩增技术,操作简便,检测结果可以直观地肉眼判断。

荧光定量RT-PCR法,比常规RT-PCR法的灵敏度更高,且速度更快,现已开发出能够同时检测PEDVCoV和TGEV的荧光定量RT-PCR法。

疫苗研制的关键是低毒、高滴度和高免疫原性菌株的选择。传统疫苗主要是灭活疫苗和减毒活疫苗。灭活疫苗的优点在于安全性良好,易于生产。但灭活疫苗的免疫原性可能会在灭活过程中发生改变,灭活疫苗不能在宿主体内复制,因此通常需要多次注射或加强注射,或者高免疫剂量。减毒活疫苗经单次免疫通常足以诱导保护性免疫,但其适用性有限,安全性差,研制周期长。

单位疫苗的安全性高,无传染性,其免疫原性较低,不过可以提供性质明确的统一抗原,可以与佐剂或与免疫增强剂融合以提高免疫原性。PEDV-CoV S蛋白是开发亚单位疫苗的主要抗原蛋白,研究人员已利用大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、杆状病毒、腺病毒和转基因植物(如L. plantarum)系统表达了部分PEDVCoV S蛋白,通过口服、肌内注射、皮下注射或腹腔注射后的小鼠和猪产生了高水平的IgG和IgA。基于PEDVCoV N蛋白和PEDV-CoV M蛋白的亚单位疫苗尚未见报道。

核酸疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗,优点是安全性高,抗原基因序列和表达载体等都可以在所建立的平台上共享,有助于在短时间内开发新出现的PEDV-CoV的疫苗。PEDVCoV与TGEV-CoV的二价DNA疫苗已经开发出来,但尚未进行临床试验。RNA疫苗具有广阔的应用前景,与DNA疫苗相比,mRNA疫苗具有更高的免疫效力,但在体内更不稳定。美国Harrisvaccines公司已经推出PEDVCoV的mRNA疫苗。

疫苗防控并不仅局限在疫苗研制本身,也要结合实际情况开发。肠黏膜上皮细胞分泌的SIgA能够中和PEDV-CoV病毒,母猪初乳中的SIgA能够保护新生仔猪免受PEDV感染。因此可以通过将PEDV-CoV减毒菌株包埋在特殊材料中,输送至肠黏膜诱导黏膜免疫。也可以通过灭活疫苗对怀孕母猪产前14天进行接种,使怀孕母猪具有高血清lgG和lgA水平,并保障初乳中IgA抗体滴度以保护哺乳仔猪。

当前距离完全揭示PEDV-CoV的感染和致病机制还有一段距离,药物和疫苗等有效防控措施仍然有待开发。关于PED的防控重点在于改善养猪场的生物安全措施,开发快速、准确、经济的检测方法对疾病进行实时监测,以及进行新型的研制。

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