豬腦心肌炎疫苗研究進展

李 寧,李 巍,王金鳳,張嶺嶺,孫繼國

(河北農(nóng)業(yè)大學動物科技學院,河北保定071001)

豬腦心肌炎是由腦心肌炎病毒(encephalomyocarditis virus,EMCV)引起豬的一種急性病毒性傳染病,以腦炎、心肌炎和心肌周圍炎癥為主要特征。該病分布于世界各地,可引起多種動物以及人類感染,危害極大。哺乳仔豬感染后,可發(fā)生急性致死性心肌炎,引起同窩和同圈的豬只感染,病死率高達100%。妊娠母豬感染后出現(xiàn)繁殖障礙,表現(xiàn)為流產(chǎn),產(chǎn)死胎、弱胎、木乃伊胎等癥狀[1-2]。其它成年豬多呈隱性感染狀態(tài),給養(yǎng)豬業(yè)造成了極大的損失。豬腦心肌炎主要是豬和某些嚙齒類動物的病毒性傳染病。家畜中以豬的感染最為嚴重,人及其他動物也可感染發(fā)病。

當前,豬腦心肌炎在世界多個國家均有流行,經(jīng)濟損失嚴重。1945年首次從美國的佛羅里達州一只患急性致死性心肌炎的黑猩猩體內(nèi)分離到腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditis virus,EMCV)。1960年,Murnane等人在巴拿馬從具有臨床癥狀的病豬體內(nèi)檢測到了EMCV,首次證實了該病毒對豬的感染性,之后該病在美國、意大利、澳大利亞、韓國等地也不斷被報道[3-4]。我國也于2005年首次從病死仔豬和流產(chǎn)胎兒中分離到了EMCV,表明我國有豬腦心肌炎的存在。因此,開展對腦心肌炎的診斷與防制研究,不僅對防治豬腦心肌炎具有必要性,而且具有重要的公共衛(wèi)生意義。目前,控制豬腦心肌炎最重要的手段依然是接種疫苗,國內(nèi)對該病尚無有效疫苗可預防,國外已有相應的疫苗研制成功。因此,加強新型疫苗的研制具有重要的意義?，F(xiàn)將豬腦心肌炎疫苗的研究進展介紹如下:

1 滅活疫苗

滅活疫苗是技術上最易實現(xiàn)且體液免疫效果較好的一種疫苗,也是目前應用最為廣泛的疫苗之一。滅活疫苗使受種者產(chǎn)生以體液免疫為主的免疫反應,它產(chǎn)生的抗體有中和、清除病原微生物及其產(chǎn)生的毒素作用,對細胞外感染的病原微生物有較好的保護效果。Gomez等用了近5年的時間研制出豬用EMCV滅活疫苗,該疫苗安全、有效。最近,McLelland等在北非髯羊、印度羚、巖灰袋鼠和黑猩猩上評價了滅活疫苗的效果,在首免后1個月,所有免疫動物均能產(chǎn)生較高水平的中和抗體,且持續(xù)達6個月二免后抗體水平持續(xù)升高,在12個月之后仍有較高的抗體水平[5]。以上研究證明滅活疫苗是便于推廣使用預防的首選疫苗。但滅活疫苗也有缺陷,如效率低而且保護期較短等,加強免疫佐劑、免疫程序等的相輔相承作用,能有效改善滅活疫苗保護效果。

2 弱毒疫苗

弱毒疫苗既可以產(chǎn)生體液免疫又能產(chǎn)生細胞免疫,但是弱毒疫苗僅適用于少數(shù)病原和免疫力低下的動物。并且弱毒疫苗存在著毒力返強的可能。目前有關EMCV弱毒疫苗的報道相對較少,Bogaers W J C等[6]研究了弱毒疫苗的免疫效果,通過腹腔注射和豁膜免疫兩種途徑免疫小鼠,發(fā)現(xiàn)免疫劑量與產(chǎn)生抗體的滴度呈線性相關。攻毒保護試驗顯示,豁膜免疫產(chǎn)生的保護率比腹腔免疫的保護率要高,提示豁膜免疫對于抗感染具有重要意義。雖然弱毒疫苗可為機體免疫系統(tǒng)提供較好的保護力,但是傳統(tǒng)的弱毒疫苗存在毒力恢復的問題,具有一定的安全隱患。

3 活載體疫苗

由于活載體疫苗所表達的外源基因在機體內(nèi)隨載體(病毒)的復制而表達,所以活載體疫苗具有與普通弱毒疫苗相似的優(yōu)點。與滅活疫苗相比,它用量少,接種方法簡單,不需要佐劑添加,從而大大降低了成本,而且免疫保護持續(xù)期長,免疫效果好。經(jīng)典的活載體是致弱的細菌或病毒,除誘導抗其自身免疫應答外,還可作為載體表達其它病原體的免疫抗原。關于EMCV活載體的疫苗研究并不多。Choi B K等[7]EMC-D毒株的VPi基因克隆至牛結核分支桿菌中構建重組活載體疫苗rBCG-VP1,在抵抗腹瀉型EMC-D的小鼠攻毒保護試驗中,達到100%的保護率。EMCV與FMDV同屬于微RNA病毒科的成員,在病毒基因組結構上高度相似。FMDV基因工程疫苗的研究成果對于開展EMCV新型基因工程疫苗研究具有很好的借鑒作用。

4 亞單位疫苗

目前,科學家們正在研究同時針對不同病原的同時具有免疫原型和保護原性的疫苗。在生物科學領域有很多的抗原分子經(jīng)純化后可以在動物模型上,甚至是自然宿主中引起免疫保護作用。亞單位疫苗只含有病原體的一種或幾種抗原,而不含有病原體的其他遺傳信息,因亞單位疫苗具有安全性好、穩(wěn)定性強和無需滅活的優(yōu)點而倍受研究者的青睞。Jun H S等[8]克隆了EMCV的VP1基因,并插入到PRSET表達載體上,實現(xiàn)了VP1蛋白在大腸埃希菌中的高效表達。用純化的重組蛋白免疫小鼠,并用致糖尿病的EMCV-D株做攻毒保護試驗,結果發(fā)現(xiàn)試驗組達到100%的保護率。由此可見,亞單位疫苗在的預防中具有較好作用。

5 核酸疫苗

核酸疫苗是將編碼某種抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)直接導入動物體細胞內(nèi),并通過宿主細胞的表達系統(tǒng)合成抗原蛋白,誘導宿主產(chǎn)生對該抗原蛋白的免疫應答,以達到預防和治療疾病的目的。目前,EMCV核酸疫苗的研究僅限于動物試驗階段。VP1蛋白是EMCV的主要抗原之一,可刺激機體產(chǎn)生中和抗體,也是核酸疫苗構建的主要候選基因。Sin J I等[9]用構建表達EMCV-VP1蛋白和細胞因子GM-CSF的真核表達質粒聯(lián)合免疫小鼠,證實能夠刺激小鼠體內(nèi)有效抗體的產(chǎn)生,攻毒保護率達80%,而單獨用PCT-Gs-VP1免疫的小鼠在異源致死性EMCV的攻毒實驗中保護率僅為43%。

6 基因缺失苗

隨著分子生物學的發(fā)展,可以利用基因工程技術進行毒株改造使之成為有效的疫苗。Duke等在研究中發(fā)現(xiàn),將門哥病毒的5'poly-c區(qū)段截短后能顯著的降低門哥病毒對小鼠的致病力。用這種改造過的病毒制備疫苗免疫小鼠,不僅能夠誘導產(chǎn)生較高水平的中和抗體,而且能夠保護小鼠免受EMCV強毒的攻擊。隨后,Osorio等在非嚙齒類動物上又對該疫苗的效果作了評價,并與EMCV滅活疫苗進行比較,結果基因缺失疫苗組在拂拂體內(nèi)誘導產(chǎn)生的中和抗體水平要比滅活疫苗組高,組織病理學檢查發(fā)現(xiàn)基因缺失疫苗在拂拂、短尾猿和豬體內(nèi)均不會引起病理性損傷,證明EMCV基因缺失疫苗適合多種動物,并且安全有效。為了進一步研究基因缺失疫苗的免疫效果,Backues G M等[10]將該疫苗應用于髯猴、狐猴、合趾猴等數(shù)十種野生動物,免疫后21 d測定中和抗體,結果發(fā)現(xiàn)免疫反應呈現(xiàn)多樣性,在免疫動物中均未出現(xiàn)臨床癥狀,鑒于試驗是在野生動物園內(nèi)進行,沒有進行攻毒保護試驗,但從抗體水平上說明該疫苗可在多種野生動物上適用。雖然研究顯示該疫苗具有很好的免疫原性,但作為疫苗,其在動物發(fā)病后的抗感染作用及對懷孕母畜的安全性等問題還有待進一步解決。

5 小結

通過各國科研人員的不斷努力,豬腦心肌炎疫苗的研究已經(jīng)取得重要的進展,但還存在著以下亟待解決和關注的問題:①如何開發(fā)新型疫苗,以應對當前豬腦心肌炎病毒于環(huán)境中共存且變異的情勢;②如何提高疫苗對豬腦心肌炎病毒的保護能力;③如何使新型疫苗在既重視獲得性免疫和天然免疫的情況下,又能很好地避免母源抗體的干擾。隨著科學技術的進步,免疫學、分子生物學、微生物學、生物化學和其它一些基礎學科的飛速發(fā)展,為疫苗的研究指明了新的方向,并且提供了相關的技術條件保證,特別是基因工程學和蛋白質組學以及其它一些新的技術為主體的現(xiàn)代生物技術的發(fā)展更是大大促進了新型EMCV疫苗研究的步伐,EMCV新型疫苗設計理念的不斷涌現(xiàn),新型佐劑的加速開發(fā)和應用,以及各種現(xiàn)有疫苗研究的進一步深入,開發(fā)安全、有效的豬腦心肌炎疫苗將指日可待。

[1] Murnane T G,Craighead J E,Mondragon H,et al.Fatal disease of swine due to encephalomyocarditis virus[J].Science,1960,131:498-499.

[2] Maurice H,Nielen M,Brocchi E,et al.The occurrence of encephalomyocarditis virus(EMCV)in European pigs from 1990 to 2001[J].Epidemiol Infect,2005,133:547-557.

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[10] Duke G M,Osorio J E,Palinenberg A C.Attenuation of M engo virus through genetic engineering of the 5'noncoding poly(C)tract[J].Nature,1990,343(6257):474-476.