豬圓環(huán)病毒2型的自然感染、免疫和遺傳多樣性研究綜述

Cheryl M.T. Dvorak，Michael P. Murtaugh（明尼蘇達州大學獸醫(yī)和生物科學系，圣保羅，明尼蘇達州，美國）//杜 憲，朱迪國，張 志（譯）（中國動物衛(wèi)生與流行病學中心，山東青島 266032）

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豬圓環(huán)病毒2型的自然感染、免疫和遺傳多樣性研究綜述

Cheryl M.T. Dvorak，Michael P. Murtaugh
（明尼蘇達州大學獸醫(yī)和生物科學系，圣保羅，明尼蘇達州，美國）//
杜 憲，朱迪國，張 志（譯）
（中國動物衛(wèi)生與流行病學中心，山東青島 266032）

摘 要：豬圓環(huán)病毒2型（PCV2）是一個基因保守的豬病原體。PCV2感染最早發(fā)生在子宮內(nèi)的胎兒發(fā)育期間或出生后通過接觸感染病毒的母豬以及被病毒污染的產(chǎn)仔環(huán)境而感染，其傳播不受病毒血癥水平或免疫水平的影響。PCV2及其抗體很容易進入初乳、母乳和口鼻分泌物中，但在這些液體中的抗體水平不會影響仔豬病毒血癥的水平。仔豬在斷奶時常已經(jīng)感染PCV2或已有母源抗體。目前還不清楚早期PCV2感染或母源抗體的存在對疫苗免疫效果會產(chǎn)生多大的影響，但它們有可能受到PCV2 相關疫?。≒CVAD）的干擾。對懷孕前的母豬進行免疫，可使其血清、初乳均能獲得較高的抗體水平，但加強母源免疫不會影響病毒向仔豬傳播或母豬中的病毒量。在美國的流行病學調(diào)查顯示，從2006年實施大規(guī)模免疫后，豬群PCV2流行率出現(xiàn)大幅下降，這說明PCV2 或許可以根除。

關鍵詞：豬圓環(huán)病毒2型；免疫；感染；動力學模型；遺傳多樣性

PCV2是引起圓環(huán)病毒相關疾病（PCVAD）的主要病原體，在全球廣泛存在。20世紀90年代，首先在加拿大，然后在歐洲，發(fā)現(xiàn)PCV2與育成豬的多系統(tǒng)消耗綜合征相關[1-2]。自從在豬群中經(jīng)常出現(xiàn)PCV2與豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的交叉感染,并從感染慢性病、外觀健康的豬群中發(fā)現(xiàn)PCV2以來，PCV2的診斷越來越具有挑戰(zhàn)性。如，因PRRSV的混合感染，感染和健康豬群中出現(xiàn)PCV2，已無法建立一個表明PCV2是病原的疾病模型，這使診斷變得十分復雜。

2006—2007年研究發(fā)現(xiàn)，對斷奶仔豬實施PCV2免疫，有效降低了育成豬的死亡率。雖然PCV2免疫有效控制了PCAD的發(fā)生，降低了血液中的病毒水平，但并不能根除感染的發(fā)生[3-6]。當時，免疫保護機制、病毒在豬體內(nèi)的相互作用、感染豬只的年齡等還沒有研究清楚。豬只何時、以何種暴露感染方式以及如何變成有效感染，對了解PCV2免疫機制非常必要，這也是為了有效免疫、預防和消除PCV2。

通過在美國豬群中對免疫前后的PCV2流行病學、自然農(nóng)場豬只PCV2交叉感染的影響等方面開展的廣泛研究，開始逐漸獲得了對育成豬PCV2感染和疾病的理解。PCV2在主動免疫的情況下依然可以感染豬只。PCV2感染主要發(fā)生在母豬子宮內(nèi)或出生后不久。國家層次的長期免疫計劃可以大幅降低豬群中的病毒量。免疫已經(jīng)改變了PCV2的感染動力，從而可以在豬群中根除該疫病。

1　育成豬群中的PCV2流行病學

在尚未實施免疫的2005年和2006年，PCV2 在20周齡左右的育成豬群中廣泛流行。99%以上的出欄豬、55%～100%的個體豬只中都能發(fā)現(xiàn)PCV2，病毒平均載量幾乎接近105/mL血清，7%的豬只帶有>107的病毒復制/mL[6]。無臨床癥狀的高水平病毒血癥（>107的病毒復制/mL）說明了PCV2交互作用的復雜程度，因為此前曾有報道稱高水平的病毒血癥與疾病相關[7]。高水平的病原載量與病毒、致病菌感染相符，因此無癥狀但超過109/mL的較高病毒血癥水平說明還有其他因素影響了對PCV2感染結果的確定。

基因變異和免疫，這兩個因素能夠直接影響PCV2在宿主間的交互作用。雖然從2000年才開始發(fā)現(xiàn)PCV2a 到 PCV2b的基因移動，但PCV2的 2個主要基因PCV2a 和 PCV2b在實施疫苗控制PCVAD之前就已廣泛存在[8-12]；盡管PCV2b基因越來越普遍，但PCV2毒性的差異似乎主要來自毒株間的差異性，而不是毒株的基因型[10]。對明尼蘇達州獸醫(yī)診斷實驗室分離到的PCV2毒株的基因分析顯示，這2個基因型經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)（圖1）。有趣的是，PCV2b分離株的基因變異實質上遠比PCV2a有限，暗示PCV2a基因更加古老，而PCV2b最近才出現(xiàn)。

圖1　PCV2a、PCV2b基因進化樹

免疫可能減弱了高病毒滴度/效價，因此提供了一個不表現(xiàn)臨床癥狀的感染狀況。目前已有一個無病狀態(tài)下的帶有高病毒效價的病毒感染模型——老鼠乳酸脫氫酶提升病毒（LDV）。在高中和抗體滴度出現(xiàn)之前，LDV引起了一個持久的病毒血癥感染[13]。在4 140份血清樣品中病毒血癥和抗體狀況直接對比顯示，66%的育肥豬對PCV2 基因和抗衣殼蛋白抗體均是陽性[2]。因此，要確定是感染還是發(fā)病，相對含量的抗體和病毒測定可能比單獨的病毒含量測定更重要。

2　免疫對豬群感染狀況的影響

2006年，北美地區(qū)開始廣泛使用預防和控制PCVAD的疫苗。據(jù)零星報道顯示，在美國，超過98%的豬只在斷奶前后進行免疫。Meta分析顯示，免疫提高了豬只的生產(chǎn)性能，降低了死亡率[14]。這說明PCV2對豬群水平的衛(wèi)生狀況有正面影響，即使其致病機制還沒有搞清楚。雖然免疫不能消除感染，但多次實驗研究結果充分說明，它可以減少病毒血癥的發(fā)生[15]。另有證據(jù)證明，即便有報道稱丹麥的2個豬群通過PCR檢測為陰性，但免疫的豬群中仍有PCV2的感染[16]。另外，在美國，免疫前豬群中觀察到的高水平病毒血癥連續(xù)大幅度減少了6年。在2006年，大約50%農(nóng)場中的所有豬均是PCV2陽性，99.5%的農(nóng)場中至少有1只陽性[2]。如圖2A所示，在2012年，51%的農(nóng)場完全是陰性的，99%的農(nóng)場至少有1只陰性豬。另外，病毒血癥水平急劇降低，81%的豬只經(jīng)PCR檢測為PCV2陰性，只有4%的豬只為強陽性（>106基因組拷貝/mL），見圖2B。

圖2　2012年美國PCV2感染情況

圖3　免疫前后的PCV2基因型分布

免疫也可能不同程度地改變了豬群中PCV2a 和PCV2b基因型的流行。2006年從免疫前的1 000頭育肥豬中隨機抽取樣本，使用PCV2特定基因型PCR檢測[17]，發(fā)現(xiàn)28%的豬只感染了PCV2a，38%的豬只感染了PCV2b，9%的豬只同時感染了這2種基因型，23%的豬只PCR檢測為陰性（圖3A）。而在一個相對封閉的、PCV2在母豬和仔豬之間傳播的研究中，發(fā)現(xiàn)60%的樣品只污染了 PCV2b，約3%的樣品只污染了PCV2a，沒有發(fā)現(xiàn)PCV2a 和PCV2b的雙重感染，如圖3B所示。因為在疫苗使用之前就已發(fā)現(xiàn)PCV2b的流行逐漸加重，因此免疫對基因漂移向PCV2b的作用并不確定[1，8，9，10，12]。

圖4　2006年和2012年育肥豬中PCV2 A和B基因的病毒血癥水平

免疫對美國豬群病毒載量的影響非常明顯。2006年，1 000頭育肥豬的平均病毒血癥水平>105/mL（不考慮基因型感染狀況，如圖3A所示）。需要特別指出的是，PCV2a感染的水平范圍同PCV2b和2種基因型雙重感染的水平相同（圖4）。2012年，育肥豬群的總體流行率從82%下降到19%，感染豬中的病毒載量也減少了1%～10%，同樣也沒有基因型的差異（圖4）。

3　豬何時感染PCV2

根據(jù)豬病的參考標準，一般4～11周齡的豬對PCV2易感，而哺乳仔豬感染率較低[20]。育肥豬的小部分感染和高效價的免疫抗體已經(jīng)證實了這一觀點[21-22]。然而，美國育肥豬的PCV2感染無處不在，甚至高效價抗體的豬群也感染了PCV2。這些現(xiàn)象表明PCV2的感染是持久的，僅靠免疫無法解決，成年母豬有可能一直是該病的傳染源[6]。如果母豬經(jīng)常出現(xiàn)病毒血癥，那么它會作為主要傳染源，為病毒的宮內(nèi)傳播或胎兒的外界感染提供條件。這些傳播途徑非常重要，正是因為這些證據(jù)，對已感染的豬只來說，在斷奶時注射疫苗已成為養(yǎng)豬業(yè)的通用做法。

檢查母豬、哺乳前仔豬的病毒學和免疫狀態(tài)及其生產(chǎn)環(huán)境，從而可以確定PCV2暴露風險、傳播動力學以及分娩時的免疫學影響。據(jù)觀察，在美國中西部有分娩母豬的農(nóng)場里，PCV2廣泛存在[17]。在所有農(nóng)場的母豬體內(nèi)，很容易檢測到PCV2，且常處于較高水平。在血清中的病毒陽性率為73%，在初乳中的病毒陽性率為76%，而在流涎中的病毒陽性率為80%（圖5），其中42%的母豬出現(xiàn)腹瀉。在細胞培養(yǎng)中可以重新獲得感染性PCV2，基因測序顯示其基因全部是PCV2b基因[17]。在母豬體內(nèi)多個部位均有PCV2的存在，這證明仔豬的感染存在多種途徑暴露感染。但感染無法確定，因為抗病毒抗體已存在。如圖6所示，所有農(nóng)場母豬的血清和初乳中都容易檢測到抗體。有趣的是，第3農(nóng)場和第5農(nóng)場抗體水平最高和最均勻，在母豬產(chǎn)前3～4周注射了一頭份劑量疫苗。

圖5　分娩母豬血清（A）、初乳（B）和唾液（C）中的病毒情況

圖6　抗衣殼蛋白抗體IgG在母豬血清（A）和初乳（B）中的OD值

圖7　定量PCR結果

無論抗體在什么水平，PCV2容易通過宮內(nèi)感染，由母豬傳播到仔豬。61%（n = 176）的仔豬一出生就帶有病毒血癥（圖7），93%的仔豬前肢腋窩皮膚拭子檢測呈PCR陽性，說明病毒在仔豬與分娩室的環(huán)境接觸之前就已經(jīng)存在（圖7）。仔豬皮膚上的這些病毒最有可能來源于子宮或產(chǎn)道。在免疫豬群中，PCV2從母豬到仔豬的傳播沒有差異，這表明血清和初乳中抗體的存在并不影響病毒的傳播，母豬的胎次對病毒的傳播也沒有影響[17]。

這些研究是在2009年和2010年同時進行的，包括在農(nóng)場的檢測，當時PCV2疫苗接種在整個養(yǎng)豬業(yè)普通推行。疫苗接種對控制PCVAD非常有效，但病毒血癥感染仍然很常見[17]。研究結果表明，高滴度抗體不能有效防止病毒從母豬傳播到仔豬，并且在豬的生活中可持續(xù)感染，甚至在出現(xiàn)有效的免疫應答之前就已感染。

4　PCV2感染的動力學模型

據(jù)報道，繼1974年發(fā)現(xiàn)豬圓環(huán)病毒病以來，PCV1在豬體內(nèi)普遍存在。但由于缺乏特異性檢測方法，使得這一結論并不確定[1]。然而在PCV1很少出現(xiàn)的同時，2006年卻出現(xiàn)了PCV2的地方性流行[2，6，22]。PCV2感染通常被認為需要其它因素誘發(fā)。2006至2007年，美國的大面積疫苗計劃雖然沒有消除感染，但卻控制住了疾病蔓延。通過定量PCR檢測發(fā)現(xiàn)，持續(xù)密集地疫苗接種大大降低了PCV2的流行率。

PCV2感染模式與免疫必須與現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)實踐相關聯(lián)，體現(xiàn)出宿主病原體相互作用的自然特征，包括感染和免疫狀態(tài)的感染。這些細節(jié)對PCV2而言是至關重要的，因為即使面對一個強免疫反應，感染似乎也是持續(xù)性的[2，17，19，23]。

感染動力學主要基于實地調(diào)查，調(diào)查抗體的存在是為了防止感染[24]，盡管血清或牛初乳中的抗體并不能防止感染[17]。圖8表明，天生攜帶陽性抗體的25只仔豬，其血清、初乳、唾液的病毒學和免疫學狀態(tài)都呈陽性（圖5、圖6中的農(nóng)場2）。這項研究是在2006年開始接種疫苗前到2012年后的一段時間開展的田間試驗研究，當時許多豬群經(jīng)PCR檢測是PCV2陰性，見圖2。由于母源抗體的緣故，仔豬抗體水平在斷奶時較高，在25周齡主動免疫時，抗體水平略微下降，但仍保持在有效水平。然而，在整個測試期間，病毒血癥的平均水平穩(wěn)步上升，到第10周，流行率從37%增加到100%（圖8 B和C）。

在沒有免疫的情況下，感染動力學模型如圖9A所示。該模型基于持續(xù)的PCV2感染，抗體的存在不能防止感染以及作為主要感染途徑的從母豬到仔豬的垂直傳播這一主要途徑。該模型預測，通過病毒血癥抑制，母源抗體抑制了仔豬感染，但當母源抗體保護力下降至仔豬獲得主動免疫期間，仔豬的病毒載量會回升。這也預示育成豬的病毒載量將會增加，同時在誘發(fā)因素的作用下，增加了PCV2發(fā)病的風險。相比之下，圖9B展示了仔豬免疫實施過程中病毒傳播和感染的模型，該模型顯示免疫可以逐漸把病毒載量降低到一個難以檢測出的水平。在這個模型中，母源抗體結合仔豬斷奶時免疫，有效抑制了仔豬中病毒的增長，能夠刺激仔豬產(chǎn)生更加積極的免疫反應，使得仔豬在生長過程中，能夠持續(xù)控制感染的發(fā)生。因此，免疫使組織和血液中的病毒載量得到抑制，控制了臨床發(fā)病，隨著時間的推移，PCV2將最終得以根除。

該模型顯示，通過將母源抗體轉移至初乳和牛奶中，使病毒垂直傳播或通過相關環(huán)境因素傳播給仔豬的現(xiàn)象得到控制。因此，在母源抗體下降時，對斷奶仔豬繼續(xù)接種疫苗，病毒就會繼續(xù)被抑制，從而使仔豬臨床不發(fā)病。

圖8　病毒陽性母豬所產(chǎn)仔豬的感染和免疫應答情況

圖9　未接種疫苗和連續(xù)接種疫苗的PCV2感染模型

在養(yǎng)豬生產(chǎn)各個階段的病毒載量和PCV2抗體水平的定量分析表明，主動和被動免疫不能有效預防和控制PCV2感染[2，17]。由于仔豬在斷奶時易被感染，所以人們通常在容易發(fā)生感染的時候進行疫苗免疫。因此，該模型過去常被用于闡明PCV2感染時的免疫保護機制。此外，PCV2疫苗預防疾病的能力表明，疫苗誘導免疫與天然免疫不同，盡早提高免疫力對充分控制感染非常重要。所有包含細胞培養(yǎng)表達的衣殼蛋白或非復制滅活病毒制劑的PCV2疫苗，一般都能刺激機體產(chǎn)生抗體反應。自然抗體反應的細微差別或者T細胞反應的差異，以及通過疫苗刺激機體產(chǎn)生抗

PCV2抗體來對抗自然感染的過程均存在差異，這些都有助于解釋為什么不同疫苗的免疫效力存在差異。

致謝：本文得到了美國農(nóng)業(yè)部合作研究署（the Cooperative State Research Service，USDA）在MIN-63-110項目中的支持。

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（責任編輯：杜憲）

PCV2 Natural Infection，Immunity and Genetic Diversity

Cheryl M.T. Dvorak，Michael P. Murtaugh
（Department of Veterinary and Biomedical Sciences， University of Minnesota，St. Paul，MN，USA）

Abstract：Porcine circovirus 2 （PCV2） is a genetically conserved porcine pathogen；Faccination at weaning controls disease associated with all genotypes. Viral infection occurs early in life in utero during fetal development or shortly after birth through contact with infected sows and a contaminated farrowing environment. Transmission is not affected by level of viremic infection or level of immunity. PCV2 and antibodies are readily shed in colostrum，milk and oro-nasal secretions，but the level of antibodies in these fl uids does not affect levels of viremia in piglets. PCV2 vaccination at weaning occurs when piglets are already infected and have maternal antibodies to the virus. The consequences of early infection and maternal antibody presence on vaccine effi cacy are not known，although they do not appear to interfere with control of PCV2-associated disease（PCVAD）. Sow vaccination before farrowing appears to give uniformly high antibody levels in serum and colostrum but increased maternal immunity does not affect PCV2 transmission to piglets or the viral load in sows. Epidemiology surveys in the United States indicate a dramatic reduction in herd prevalence in the years following widespread introduction of vaccination in 2006，indicating that elimination of PCV2 from swine herds may be possible.

Key words：porcine circovirus virus type 2；immune；infection；dynamic model；genetic diversity

中圖分類號：S851.3 獻標識碼：A

文章編號：1005-944X（2016）05-0056-06

DOI：10.3969/j.issn.1005-944X.2016.05.019