豬繁殖與呼吸障礙綜合征病毒的致病機(jī)理

游仁華 曾亮明 傅星源 福州大北農(nóng)生物技術(shù)有限公司 福州 350014

豬繁殖與呼吸障礙綜合征是目前危害我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)最嚴(yán)重的傳染病之一。本文就豬繁殖與呼吸障礙綜合征病毒致病機(jī)理方面的研究情況作一綜述，為診斷技術(shù)、免疫機(jī)理的研究、疫苗設(shè)計(jì)和疫病防制提供借鑒。

1 感染豬發(fā)病機(jī)制

PRRSV可以通過(guò)呼吸道、口腔或生殖道侵入機(jī)體，主要侵害豬肺部組織和淋巴結(jié)組織。病毒通過(guò)呼吸道首先與豬肺泡巨噬細(xì)胞(PAM)和肺血管巨噬細(xì)胞(PIM)上的受體結(jié)合［1］，經(jīng)胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞。PRRSV在PAM中進(jìn)行復(fù)制，造成PAM被大量破壞，并引發(fā)細(xì)胞凋亡［2］。感染豬的PAM顯著減少，其比例可由正常的90%降至50%甚至更少。在PAM中增殖的PRRSV還可轉(zhuǎn)移到局部淋巴組織的巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞內(nèi)進(jìn)一步增殖［3］。隨著PAM的大量崩解，PRRSV進(jìn)入血液循環(huán)及淋巴循環(huán)，并在血液巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞內(nèi)增殖，分布到全身各組織器官的巨噬細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致病毒血癥的出現(xiàn)及全身淋巴結(jié)的腫大和相應(yīng)器官不同程度的損傷，病毒滴度迅速增加。

有試驗(yàn)表明感染PRRSV后3～14 d內(nèi)血液中的淋巴細(xì)胞及單核細(xì)胞顯著降低。接種后24 h可出現(xiàn)病毒血癥，平均持續(xù)約28 d，最長(zhǎng)可達(dá)56 d，血清、淋巴結(jié)和肺臟中病毒滴度的最大峰值出現(xiàn)在第7～14 d。

隨著病毒在PAM、淋巴結(jié)等處的大量增殖，可在數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)造成肺、淋巴結(jié)的損傷和微循環(huán)障礙，血管通透性增強(qiáng)，血液中的部分液體成分外滲，造成血管周圍水腫［4］。主要表現(xiàn)為特征性間質(zhì)性肺炎和淋巴結(jié)的腫大，支氣管壞死和肺的廣泛性出血，下頜淋巴結(jié)、腸淋巴結(jié)及扁桃體彌散出血及水腫，腦和脊髓實(shí)質(zhì)出血［5-6］。在微循環(huán)障礙和肺循環(huán)障礙的聯(lián)合作用下，可能出現(xiàn)耳、四肢發(fā)紺等癥狀。這些變化與臨床所見(jiàn)的沉郁、厭食、體溫升高甚至死亡密切相關(guān)。

PRRSV還可感染公豬生殖系統(tǒng)，導(dǎo)致睪丸內(nèi)精子數(shù)量減少，公豬表現(xiàn)繁殖性能降低，并通過(guò)精液將PRRSV傳染給母豬，引起母豬的繁殖障礙［7］。

目前，對(duì)感染PRRSV的懷孕母豬引起子宮內(nèi)胎兒感染的機(jī)制仍未清楚，因抗體和病毒等大分子物質(zhì)不能通過(guò)胎盤屏障，PRRSV可能由單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞攜帶穿過(guò)胎盤屏障，進(jìn)入胎兒體內(nèi)導(dǎo)致胎兒感染，從而引起妊娠后期母豬流產(chǎn)等繁殖障礙［8］。對(duì)繁殖母豬進(jìn)行攻毒試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)母豬感染PRRSV后可導(dǎo)致胎兒臍帶出血、擴(kuò)張，呈現(xiàn)壞死性臍動(dòng)脈炎病變，使得臍帶血管的正常血液循環(huán)受損，胎兒由于缺氧死亡。對(duì)流產(chǎn)胎兒進(jìn)行病理組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，在血管周圍出現(xiàn)以巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)為特征的動(dòng)脈炎、心肌炎和腦炎［9-10］。

2 細(xì)胞損傷機(jī)制

PRRSV在肺臟和淋巴組織巨噬細(xì)胞中的復(fù)制可以導(dǎo)致細(xì)胞損傷和臨床癥狀的出現(xiàn)，在體外細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)也可以誘導(dǎo)細(xì)胞損傷和死亡［11-12］。PRRSV感染豬的肺和淋巴組織泛發(fā)細(xì)胞凋亡，凋亡同時(shí)發(fā)生在感染細(xì)胞和未感染細(xì)胞，但大部分凋亡細(xì)胞是未感染PRRSV的細(xì)胞［12-14］。引發(fā)細(xì)胞損傷的機(jī)制包括感染細(xì)胞的凋亡、鄰近非感染細(xì)胞的程序性死亡（間接凋亡）、誘發(fā)炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生、誘導(dǎo)多克隆B細(xì)胞的活化以及巨噬細(xì)胞噬菌和殺菌作用的減弱。

直接和間接凋亡是PRRSV感染過(guò)程中細(xì)胞死亡的主要原因。PRRSV復(fù)制導(dǎo)致抵抗和促進(jìn)細(xì)胞凋亡通路的激活。在病毒感染早期，抵抗和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的平衡趨向抗凋亡，而在病毒復(fù)制后期，平衡趨向于促進(jìn)細(xì)胞凋亡［15］。研究表明，在PRRSV感染Marc-145細(xì)胞后期，多達(dá)75%的感染細(xì)胞死于凋亡；并且證明病毒感染Marc-145細(xì)胞后誘導(dǎo)凋亡通過(guò)線粒體通路介導(dǎo)［16］。在病毒滴度較高的急性感染期，病灶附近只有一小部分的巨噬細(xì)胞被感染［9］，但卻有大量凋亡的單核細(xì)胞散在分布［7］。并且在感染PRRSV后10～14 d發(fā)生凋亡的單核細(xì)胞最多。這表明PRRSV可誘導(dǎo)與感染細(xì)胞相鄰的非感染細(xì)胞發(fā)生凋亡。

有人證明PRRSV的GP5蛋白可以誘導(dǎo)猴體外COS-1細(xì)胞系的凋亡，并且也可能是體內(nèi)巨噬細(xì)胞凋亡的原因，表現(xiàn)為細(xì)胞收縮、DNA斷裂，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。PRRSV誘導(dǎo)細(xì)胞間接凋亡的原因還不明確，可能是由于感染巨噬細(xì)胞分泌致細(xì)胞凋亡因子、活性氧或者一氧化氮導(dǎo)致的［12］。

3 PRRSV的復(fù)制和細(xì)胞受體

PRRSV是由受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用入侵靶細(xì)胞［17-18］。研究表明，PAM表面存在三種PRRSV受體，唾液酸黏附素（Sn）［18-19］、硫酸乙酰肝素(HS)［18，20］和 CD163分子［21-23］。介導(dǎo)的過(guò)程分為兩個(gè)連續(xù)的步驟：M蛋白或M-GP5蛋白復(fù)合物結(jié)合靶細(xì)胞膜表面的硫酸乙酰肝素，然后病毒囊膜的唾液酸結(jié)合細(xì)胞膜的唾液酸黏附素［17，19］；CD163 可能協(xié)助唾液酸粘附素內(nèi)吞、病毒脫衣殼和將基因組RNA釋放到細(xì)胞質(zhì)中［24］。受體介導(dǎo)的內(nèi)吞侵入病毒的脫衣殼過(guò)程發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在該部位酸性環(huán)境激活病毒囊膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的融合，但也已有PRRSV與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜直接融合的報(bào)道［25-26］。E蛋白被認(rèn)為是包埋在病毒囊膜的離子通道蛋白，便于病毒在細(xì)胞漿內(nèi)脫衣殼和釋放病毒基因組［27］。病毒由穿過(guò)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的出芽獲得病毒囊膜，成熟病毒粒子通過(guò)胞吐作用從細(xì)胞釋放出來(lái)［28］。

最近的研究結(jié)果表明，Marc-145細(xì)胞擁有與PAM細(xì)胞不同的膜受體。該受體能被GP5識(shí)別并結(jié)合，它不同于HS或Sn，而是一種未知的新受體。Marc-145細(xì)胞表面表達(dá)的一種波形纖維蛋白可能是PRRSV受體復(fù)合物中的一個(gè)重要組成成分，它在PRRSV結(jié)合宿主細(xì)胞的過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。據(jù)推測(cè)，這種波形蛋白能與PRRSV的N蛋白結(jié)合而介導(dǎo)病毒的感染過(guò)程［29］。

目前，已經(jīng)從感染豬體的多個(gè)臟器及組織中檢測(cè)到了病毒抗原或是病毒核酸，在肺臟和淋巴結(jié)中觀察到的數(shù)量最大，在心臟、腦組織、腎臟的內(nèi)皮細(xì)胞或周圍的巨噬細(xì)胞、上皮生殖細(xì)胞、精細(xì)胞及血清、血漿、骨髓等其他組織的血管周和血管內(nèi)巨噬細(xì)胞中也可以經(jīng)常觀察到，說(shuō)明PRRSV感染沒(méi)有組織限制。但在豬體內(nèi)PRRSV增殖只發(fā)生在巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞［30-31］，其中PAM是病毒復(fù)制的主要靶細(xì)胞。小于6周齡的仔豬的PAM細(xì)胞是PRRSV感染最敏感的細(xì)胞，特別是尚未成熟的PAM細(xì)胞最適合PRRSV繁殖，這種對(duì)未成年豬PAM的偏好與PRRS嚴(yán)重發(fā)病常見(jiàn)于仔豬的情況相一致［9］。

4 免疫抑制

研究表明，PRRSV對(duì)豬的免疫系統(tǒng)具有免疫抑制作用。PRRSV在巨噬細(xì)胞內(nèi)迅速增殖，導(dǎo)致豬只肺部細(xì)胞(包括肺泡巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞等)發(fā)生凋亡（PRRSV除直接造成感染的肺泡巨噬細(xì)胞凋亡外，還通過(guò)釋放致細(xì)胞凋亡因子造成大量鄰近的非感染肺泡巨噬細(xì)胞的“旁觀者”凋亡），巨噬細(xì)胞比例明顯下降。同時(shí)，PRRSV還能降低肺泡巨噬細(xì)胞的功能，使PAM的非特異性吞噬作用減弱，釋放超氧負(fù)離子的能力降低，導(dǎo)致PAM依賴超氧負(fù)離子所發(fā)揮的非特異性殺菌作用的功能下降［32］。

許多研究表明PRRSV感染后Th2型細(xì)胞因子IL-10基因表達(dá)上調(diào)和蛋白產(chǎn)量增加，可以認(rèn)為病毒通過(guò)調(diào)節(jié)IL-10表達(dá)對(duì)感染宿主免疫系統(tǒng)進(jìn)行抑制。引起外周淋巴細(xì)胞中T細(xì)胞亞群發(fā)生異常改變，影響B(tài)細(xì)胞功能和體內(nèi)細(xì)胞因子的產(chǎn)生［33-34］。有研究表明豬感染PRRSV后，血液白細(xì)胞總數(shù)和淋巴細(xì)胞數(shù)顯著下降，CD4+、CD2+和CD8+等T細(xì)胞亞基也短暫下降，而CD8+細(xì)胞的增殖對(duì)于清除病毒感染的靶細(xì)胞有重要作用［35］。

病毒迅速向局部淋巴器官、全身組織擴(kuò)散，并在巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞持續(xù)繁殖、復(fù)制，淋巴結(jié)、淋巴小結(jié)和副皮質(zhì)區(qū)及脾白髓都受到了廣泛性的破壞，機(jī)體粘液屏障保護(hù)力降低，體液免疫和細(xì)胞免疫能力降低，造成免疫抑制。增加了其它細(xì)菌或病毒感染的易感性［36］，并使疾病的癥狀加重，如PRRS患豬可繼發(fā)感染豬偽狂犬病、副豬嗜血桿菌病、豬鏈球菌病、豬圓環(huán)病毒2型等，這是PRRS常和其它疾病同時(shí)存在的根本原因。

5 抗體依賴性增強(qiáng)作用

抗體依賴增強(qiáng)作用（ADE）是PRRSV重要的生物學(xué)特征之一［37-38］。PRRSV在感染豬體內(nèi)能誘發(fā)中和抗體的產(chǎn)生，但低滴度的中和抗體(亞中和水平抗體)不但不能有效清除血液中的病毒，反而與病毒形成病毒抗體復(fù)合物，增強(qiáng)了病毒的復(fù)制。

ADE的產(chǎn)生是由于GP5蛋白上的抗原表位誘導(dǎo)產(chǎn)生的中和抗體和PAM上存在的Fc受體互相作用的結(jié)果［39-40］。病毒借助抗體的Fc片段與Fc受體所在細(xì)胞(如PAM等)結(jié)合，促進(jìn)病毒進(jìn)入細(xì)胞而建立感染［39］。在妊娠后期的胎兒已出現(xiàn)主動(dòng)免疫應(yīng)答，產(chǎn)生的抗體對(duì)經(jīng)胎盤感染的PRRSV出現(xiàn)ADE效應(yīng)，這可能是PRRSV感染以妊娠母豬在懷孕后期流產(chǎn)為特征的主要原因之一［41］。

但另?yè)?jù)報(bào)道，不同PRRSV分離株對(duì)ADE的敏感也不一樣，因此，ADE有可能促進(jìn)某些病毒的增殖，而對(duì)另一些病毒則不起作用［42］。PRRSV的ADE現(xiàn)象在體內(nèi)和體外都已被證實(shí)，在PAM培養(yǎng)物中加入一定滴度的PRRSV抗體，可使PRRSV增殖滴度提高10～100倍；在病毒中加入一定的PRRSV抗體，再注射妊娠中期的胎兒，結(jié)果致病性顯著高于單獨(dú)注射PRRSV，表明ADE對(duì)PRRSV的致病性有重要影響，也說(shuō)明PRRSV抗體在不同水平時(shí)所起的作用完全不同，ADE妨礙了PRRSV的免疫防制和根除。

研究結(jié)果表明，PRRSV的ADE是由ORF5所編碼的26 ku囊膜糖蛋白E介導(dǎo)的，而這種糖蛋白也能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生中和抗體，也許是在其誘導(dǎo)的抗體處于亞中和水平時(shí)產(chǎn)生了ADE效應(yīng)［43］。

6 持續(xù)性感染

PRRSV的持續(xù)性感染是其流行病學(xué)的一個(gè)重要特點(diǎn)，即感染豬只體內(nèi)病毒的持續(xù)性存在和污染豬場(chǎng)內(nèi)感染豬群的持續(xù)性存在。病毒在豬體內(nèi)持續(xù)存在，但不表現(xiàn)臨床癥狀，可持續(xù)數(shù)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間，豬群常通過(guò)各種機(jī)制如持續(xù)病毒血癥及單個(gè)豬只排毒的方式持續(xù)感染PRRSV達(dá)數(shù)年［44］。

持續(xù)性感染是PRRSV在豬群內(nèi)長(zhǎng)期存在的關(guān)鍵。研究結(jié)果表明，PRRSV引起的病毒血癥在豬群中可持續(xù)6～7周，甚至達(dá)16個(gè)月［45］。處于亞臨床感染的豬常伴有病毒血癥，這常被人們所忽視，盡管病毒血癥持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短不一，但亞臨床感染的豬已成為PRRSV的主要攜帶者和重要的傳染源，不僅有向外界排毒的可能，且在孕后感染胎兒，產(chǎn)下病毒血癥的仔豬，感染健康豬，導(dǎo)致PRRSV在豬群中的循環(huán)傳播，成為PRRSV持續(xù)性感染的重要原因。

持續(xù)性感染與宿主因素、病毒因素等有關(guān)［46-48］。PRRSV能夠在體內(nèi)持續(xù)感染，并長(zhǎng)期存在的具體機(jī)制尚不清楚，但是在恢復(fù)期動(dòng)物體內(nèi)病毒持續(xù)存在的一個(gè)最主要因素是：宿主免疫系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)針對(duì)PRRSV的有效免疫保護(hù)反應(yīng)。體液免疫雖然能提供一定的保護(hù)力，但其作用是有限的［49-50］。有人認(rèn)為感染病毒的細(xì)胞發(fā)生凋亡是病毒逃避體液免疫的一個(gè)非常有效的機(jī)制。而且抗體水平在體內(nèi)有一個(gè)消長(zhǎng)的過(guò)程，據(jù)報(bào)道在暴發(fā)PRRS后不久，母豬的主動(dòng)免疫力也在逐漸喪失，6個(gè)月后其體內(nèi)的抗體水平已經(jīng)相當(dāng)?shù)?。且PRRSV引起的免疫抑制，降低細(xì)胞免疫應(yīng)答，破壞了免疫細(xì)胞對(duì)病毒的殺傷能力，使之逃避免疫系統(tǒng)的清除，造成長(zhǎng)期病毒血癥和持續(xù)性感染［51］。

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