哈蒙球蟲與弓形蟲的基本生物學特征比較

王玉金,儲德勇,楊玉榮*

(1.河南農業(yè)大學 動物醫(yī)學院,河南 鄭州 450002;2.安徽醫(yī)科大學 基礎醫(yī)學院,安徽 合肥 230032)

弓形蟲是一種細胞內寄生原蟲，可感染人和幾乎所有恒溫動物動物，引起生殖、免疫和神經等系統(tǒng)疾病[1]。哈蒙球蟲與弓形蟲在形態(tài)學和免疫學方面極為相似，然而，尚未發(fā)現(xiàn)前者對人和動物有致病性[2-4]。感染哈蒙球蟲的中間宿主產生抗弓形蟲抗體，可抵抗弓形蟲感染。目前我國關于哈蒙球蟲的報道較少，現(xiàn)總結并分析了哈蒙球蟲的基本生物學特征，為研究與防控弓形蟲病提供基礎性參考。

1 哈蒙球蟲的命名

1973年，美國微生物學家WALLACE從流浪貓的糞便中發(fā)現(xiàn)了哈蒙球蟲(Hammondiahammondi)卵囊，該卵囊形態(tài)上與弓形蟲相似。哈蒙球蟲可在小鼠膈肌形成包囊，并使小鼠產生低滴度的抗弓形蟲抗體。由于哈蒙球蟲在小鼠之間不能垂直和水平傳播，且貓感染哈蒙球蟲后不產生抗弓形蟲抗體，從而推測是一種新的寄生蟲[3-4]。1975年，DUBEY[5]和FRENKEL等[6]為紀念哈蒙德教授(Datus M.Hammond)為球蟲做出的貢獻而將這種新的寄生蟲命名為H.hammondi。

哈蒙球蟲屬真核生物，位于囊泡蟲總門-頂覆亞門-類錐體綱-球蟲亞綱-真球蟲目-艾美耳亞目-住肉孢子蟲科-哈蒙屬。哈蒙屬共有3種寄生蟲：哈蒙球蟲、海氏哈曼德球蟲(Hammondiaheydorni)和特里菲特哈曼德球蟲(Hammondiatriffittae)，終宿主分別是貓、犬和狐。目前尚未發(fā)現(xiàn)這3種寄生蟲對人和動物有致病性[2]。

2 哈蒙球蟲形態(tài)特征

2.1 卵囊形態(tài)學上，哈蒙球蟲的卵囊、包囊和速殖子與弓形蟲相似，二者的區(qū)別見表1。

表1 哈蒙球蟲與弓形蟲的基本生物學特征比較

哈蒙球蟲的卵囊形態(tài)、在貓腸道上皮細胞的有性發(fā)育過程及形態(tài)特征均與弓形蟲相似[7-11]。哈蒙球蟲卵囊呈亞球形至橢圓形，大小10.6 μm×11.4 μm，長寬比為1.08，哈蒙球蟲卵囊的長寬比小于弓形蟲卵囊的長寬比[12]。孢子化的卵囊近于橢圓形，大小10.6 μm×13.2 μm，每個孢子化卵囊中含有2個橢圓形的孢子囊，大小為6.5 μm×9.8 μm，每個孢子囊中有4個子孢子。

2.2 包囊哈蒙球蟲包囊多位于骨骼肌，呈梭形或長橢圓形，超微結構與弓形蟲相似[10,13]，包囊大小為100～340 μm×40～95 μm[6]。包囊壁是均勻顆粒組成的單位膜，共3層，包囊內的緩殖子呈香蕉形或類圓形，有圓形或橢圓形細胞核。而弓形蟲包囊多位于大腦和橫紋肌，呈球形。

2.3 速殖子哈蒙球蟲速殖子的基本結構與弓形蟲相似[14]，呈月芽形或香蕉樣，前端較尖，后端鈍圓，大小為5.0～6.0 μm×1.8～2.5 μm，但有較多的微線體，有極環(huán)和類錐體，中空的類錐體內可見棒狀體，棒狀體一端膨大并有較長的導管[10]。棒狀體起于類錐體并延伸至核的前緣，球棒狀，切面呈空泡狀。細胞核位于蟲體中央稍后位置，染色質呈塊狀分布。

3 哈蒙球蟲感染的流行病學

弓形蟲分布廣泛，全世界約30%的人和動物感染了弓形蟲。在我國，人和動物弓形蟲感染率低于世界平均水平[15]。感染過弓形蟲的貓可以對再次感染有一定的保護力，但這種保護力隨時間延長而逐漸下降。研究證實貓可以重復排泄弓形蟲卵囊[16]。但貓是否可以重復排泄哈蒙球蟲卵囊，尚未證實。

貓糞便含有弓形蟲和哈蒙球蟲卵囊的比例不到1%[1,17-19]。0.11%(26/24 106)的貓糞便含有弓形蟲卵囊，0.09%(22/24 106)的糞便含有哈蒙球蟲卵囊[12]。研究團隊已獲得哈蒙球蟲分離株：從美國夏威夷州寵物貓糞便分離的WC1170、WC1984和WC2010[4]，從俄亥俄州流浪貓糞便分離的C606、C656 和C673[20],從愛荷華州野貓糞便分離的CR-4[6]。我國已有關于犬海氏哈曼德球蟲的報道[21-22]，但關于貓哈蒙球蟲的報道較少。

目前，尚無人和其他動物自然感染哈蒙球蟲的報道，也無哈蒙球蟲的特異性抗體檢測方法。實驗動物小鼠、倉鼠、猴、牛、山羊、綿羊、兔和豬在弓形蟲與哈蒙球蟲之間存在交叉免疫反應，哈蒙球蟲可刺激宿主產生弓形蟲抗體，影響臨床上對弓形蟲病的正確診斷[23-25]。小鼠感染哈蒙球蟲包囊后3～12周，可以檢測到抗弓形蟲抗體，可在一定程度上抵抗弓形蟲的感染；感染弓形蟲也對哈蒙球蟲的感染有一定的保護力，表現(xiàn)為肌肉內哈蒙球蟲包囊數(shù)量減少[6]。用CR-4株哈蒙球蟲免疫倉鼠，然后給該倉鼠灌胃接種弓形蟲M-7741株卵囊，結果發(fā)現(xiàn)倉鼠大腦中可見較少的弓形蟲包囊，說明弓形蟲能夠在哈蒙球蟲感染的動物中繁殖，但其繁殖速度比在無哈蒙球蟲的宿主中慢[6,26-27]。貓對哈蒙球蟲和弓形蟲感染無交叉免疫反應，感染哈蒙球蟲或弓形蟲后均可排泄卵囊，但感染哈蒙球蟲后不產生弓形蟲抗體[3]。山羊感染哈蒙球蟲后，可在一定程度上抵抗弓形蟲的感染[28]；用哈蒙球蟲免疫山羊可對弓形蟲所致的流產有保護作用，減輕因弓形蟲感染而引起的胎盤損傷，但弓形蟲仍可經胎盤傳播給胎羊[29]。

4 哈蒙球蟲生活史

哈蒙球蟲生活史與多數(shù)肉孢子蟲類似，必須經歷兩種宿主。DUBEY[33]于1976年繪制了哈蒙球蟲的生活史?，F(xiàn)綜合近幾十年來前人的研究成果對哈蒙球蟲的生活史進行新的繪制(圖1)。哈蒙球蟲孢子化卵囊進入中間宿主體內轉化為速殖子，并形成包囊。無論采用哪種接種途徑，哈蒙球蟲卵囊只能感染中間宿主，包囊只能感染終宿主，速殖子對中間宿主和終宿主均無感染性。研究發(fā)現(xiàn)，貓科動物作為弓形蟲終宿主[9,30]與貓的腸道缺乏Δ-6-去飽和酶(參與亞油酸代謝的關鍵酶)有關[31-32]，但至今還未發(fā)現(xiàn)貓作為哈蒙球蟲終宿主的原因。

圖1 哈蒙球蟲的生活史

哈蒙球蟲的天然中間宿主尚不明確。一些嚙齒類實驗動物(小鼠、大鼠、豚鼠、鹿鼠和倉鼠等)可經攝入卵囊而被感染，但非嚙齒類動物卻不易被感染，例如哈蒙球蟲的卵囊不能感染猴和鳥類[34]。中間宿主(嚙齒類動物)的組織包囊只對終宿主(貓)有感染性。貓食入哈蒙球蟲包囊4～10 d后就會從糞便中排出卵囊，當貓停止排泄卵囊后，哈蒙球蟲仍可以在腸道里存活數(shù)月[35]。食入哈蒙球蟲包囊的猴可產生抗弓形蟲抗體，但抗體滴度較低且呈現(xiàn)一過性特點[36]。哈蒙球蟲包囊進入貓的腸道后只在腸道進行裂體增殖，不產生速殖子和新的包囊，其在貓腸道上皮細胞內的有性生殖過程與弓形蟲相似[10]。孢子化的卵囊只對中間宿主有感染性，且在被感染的中間宿主間不發(fā)生水平和垂直傳播[37]。哈蒙球蟲具有與弓形蟲同源的毒力基因，基因組同源性超過95%[38]，但對小鼠只具有較弱的致病性。試驗表明，小鼠口服接種哈蒙球蟲卵囊少于1×104個時并不會出現(xiàn)臨床癥狀，當接種的卵囊數(shù)達1×105～106個后才出現(xiàn)癥狀，且30%的小鼠在感染后6～11 d死亡，尚未發(fā)現(xiàn)接種的卵囊會對其他動物致病[34]。

哈蒙球蟲的包囊多分布在宿主的骨骼肌，其次在心肌處(在骨骼肌中包囊數(shù)量多，體積較大)。哈蒙球蟲也可在中間宿主的腸道、腦、淋巴結等部位生長發(fā)育，形成包囊，但數(shù)量很少。小鼠感染孢子化哈蒙球蟲卵囊6 d后，于腸系膜淋巴結處就可觀察到速殖子；感染11 d后，速殖子和壞死的細胞就出現(xiàn)在腸壁固有層、黏膜下層和腸腺內；感染11～16 d后，在骨骼肌和心臟處可見哈蒙球蟲包囊、壞死的肌細胞及炎癥反應(以嗜中性粒細胞、淋巴細胞和漿細胞浸潤為主)；感染468 d后，骨骼肌中組織包囊可達340 μm×95 μm，而心肌中組織包囊一般不超過30 μm[6]。

5 哈蒙球蟲在宿主和體外細胞培養(yǎng)中的生長特性

環(huán)境應激因素對哈蒙球蟲轉錄組無明顯影響，說明哈蒙球蟲對應激源有較強的耐受性，其生長受自身遺傳物質嚴格的控制；而弓形蟲對應激源的敏感性提高了其對多宿主的適應性[39]。

5.1 哈蒙球蟲在宿主體內的生長特性貓科動物攝食弓形蟲組織包囊3～10 d后，幾乎100%的貓都會排泄卵囊[1,40]。弓形蟲的培養(yǎng)傳代不需要經過貓，其卵囊、速殖子和包囊均可以在中間宿主體內生長，且弓形蟲可以在小鼠之間連續(xù)傳代，進行無限期的體內培養(yǎng)[41-42]。與弓形蟲相比，只有寄生在中間宿主體內的哈蒙球蟲包囊可以感染貓，并在貓的腸道進行裂體增殖和有性生殖，最后排出卵囊。貓體內不形成哈蒙球蟲包囊和速殖子，也不產生哈蒙球蟲抗體[6]。只有哈蒙球蟲的卵囊才能成功感染中間宿主，最早在食入卵囊11 d后，中間宿主體內才能形成包囊[37]。哈蒙球蟲僅能在中間宿主小鼠體內生長1代，不能從一批小鼠下傳給另一批小鼠，其連續(xù)傳代必須經過終宿主貓才能進行。另外，哈蒙球蟲僅能在貓體內生長1代，卵囊和裂殖子均不能感染貓[37]。

弓形蟲和哈蒙球蟲都能形成組織包囊，但其動力學和效率并不相同。與弓形蟲相比，作為入侵細胞機制的一部分已知的哈蒙球蟲相關基因的序列和表達都非常保守[43]。目前，人們對控制這些差異表型的分子還不明確，為了進一步分析二者的異同，研究者們正在詳細研究分離純化弓形蟲卵囊和哈蒙球蟲卵囊的方法[44]。

5.2 哈蒙球蟲在體外細胞中的生長特性弓形蟲的速殖子、緩殖子和子孢子均可在體外培養(yǎng)的細胞中持續(xù)生長[1]。然而，哈蒙球蟲只有速殖子和子孢子可在培養(yǎng)的細胞中短期生長，緩殖子不能感染細胞[45]，所以哈蒙球蟲較難在體外培養(yǎng)。哈蒙球蟲子孢子或速殖子入侵細胞率與弓形蟲相同，但其在細胞內的復制速度比弓形蟲慢2～3倍，且哈蒙球蟲在細胞中的生長具有期限，一般不超過5 d[38,46]。若將弓形蟲和哈蒙球蟲混合感染小鼠或體外培養(yǎng)的細胞，因弓形蟲能迅速在小鼠體內或細胞中生長、繁殖，從而掩蓋了哈蒙球蟲的感染，因此人們很難辨別弓形蟲感染中混有哈蒙球蟲。

6 哈蒙球蟲的分子生物學診斷方法

盡管哈蒙球蟲與弓形蟲在形態(tài)、結構、免疫原性、基因組等方面相似，但轉錄組方面有明顯差異[38,47]，這對于區(qū)別二者具有重要的臨床意義。研究者們建立了一些分子生物學診斷方法以鑒別二者的感染，例如，有試驗表明將核糖體小亞基基因序列(SSU-rDNA)擴增和限制性片段長度多態(tài)性聚合酶鏈反應(PCR-RFLP)相結合在診斷這兩種寄生蟲的感染上具有較好的特異性和敏感性，可檢測到最小DNA量相當于0.1個哈蒙球蟲的卵囊(表2)。

表2 哈蒙球蟲的分子生物學檢測方法和有關引物序列

弓形蟲和哈蒙球蟲卵囊廣泛存在于自然環(huán)境中[52]，不能排除人類有接觸和感染哈蒙球蟲的可能性。加強貓的管理，包括飼喂煮熟或商品化的貓糧、及時清理糞便和貓砂、焚燒或生物安全處理貓糞便可切斷這些寄生蟲的傳播途徑，降低感染率。鑒于弓形蟲對全世界人類和動物造成的危害，研究哈蒙球蟲對弓形蟲病的臨床預防具有重要意義。