杨宵玥,陈 玲,宋亚芬,蒋桃珍
(中国兽医药品监察所,北京 100081)
鸡传染性法氏囊病(IBD)是由传染性法氏囊病病毒(IBDV)引起的急性、高度接触性传染病,主要感染3~6周龄雏鸡[1]。法氏囊为IBDV的靶器官,法氏囊内未成熟的B淋巴细胞为病毒增殖的靶细胞,病毒感染后可导致细胞和细胞核碎裂、细胞坏死、凋亡等,造成机体B淋巴细胞大量减少,破坏机体正常免疫应答能力[2]。因此,易感鸡群感染后除导致发病死亡外,还可引起免疫抑制,增加机体对其他病原的易感性,引起继发感染[3]。
疫苗接种是养禽业预防IBD流行的最主要措施。目前应用最为广泛的疫苗主要是传统弱毒活疫苗和灭活疫苗[4]。利用活疫苗进行接种可诱导鸡群在较短时间内产生主动免疫,但由于其易受母源抗体(MDA)的干扰,往往在不同鸡群或同一鸡群不同个体间产生不同的免疫效果,有时还可导致免疫失败。因此,为了达到更好的免疫效果,临床上往往会使用一些毒力偏强的商品化疫苗,但使用后会引起法氏囊组织损伤,导致免疫抑制,同时也带来毒力返强和散毒等生物安全风险[5]。此外,由于大多数商品化的IBDV活疫苗都是基于经典毒株研制的,对临床流行的IBDV超强毒株或变异株感染的鸡不能产生完全保护。与弱毒疫苗相比,灭活疫苗更加安全,但免疫效果低于活疫苗,并且需要反复多次加强免疫,导致免疫成本增加,因此,迫切需要研究与流行毒株完全匹配的新型疫苗。许多研究已经表明,IBDV抗原性主要取决于A节段上VP2基因,其编码的VP2蛋白是唯一能诱导机体产生中和抗体的蛋白[6]。因此,以病毒VP2基因为靶目标,结合已有的分子生物学技术和DNA重组技术开展新型疫苗研究已成为IBD疫苗研究的主要发展方向。
近年来,由于对IBDV基因组A、B节段的研究不断深入,其细胞嗜性、毒力、复制等重要性状的分子基础已获得较为明确的结论[7-9]。VP2高变区内222A、256I、279D、284A、294I和299S等氨基酸位点与IBDV毒力有关。利用反向遗传技术,对毒株进行基因突变或缺失,可以获得能与田间流行毒株抗原相匹配、又不会对法氏囊导致病理损伤的IBDV弱毒疫苗。高立等[10]将流行毒株HLJ0504的VP2基因253和284位氨基酸进行突变后,将其替换Gt弱毒株VP2相应片段,利用RNA聚合酶II拯救出嵌合病毒rGtVP2株,用rGtVP2免疫SPF鸡后,其产生的抗体滴度明显高于亲本株Gt株。祁小乐等[11]通过对vvIBDV VP2基因的主要毒力位点进行三点突变,使得病毒毒力致弱,不仅致死率降为零,而且感染鸡的法氏囊没有出现明显萎缩和损伤,与强毒株相比,拯救毒可适应CEF,对鸡无致病性,且能够获得良好的免疫效果。秦立廷等[12]以中等毒力毒株为骨架构建的VP5基因缺失病毒,对鸡的致病力显著降低,免疫后能刺激机体产生较高滴度的抗体和较好的免疫保护。因此,通过基因突变或替换,可以在较短时间内将田间流行毒株致弱成可以商品化使用的疫苗株,确保疫苗免疫保护性抗原与田间流行毒株一致,提高疫苗临床应用后的免疫保护效果。尽管该类疫苗似乎有更好的临床应用前景,但至目前为止,还没有商品化的疫苗上市。
VP2蛋白是IBDV的主要保护性抗原,具有中和活性。由于其具有良好的免疫原性和稳定性,是IBD亚单位疫苗研究的重点。构建表达VP2亚单位蛋白的系统主要有大肠杆菌表达系统[13]、酵母系统[14]和杆状病毒表达系统[15]。在原核表达系统中,可利用含特殊密码子的宿主菌BL21 PLUS或去除VP2基因N端亲水区,提高表达蛋白量[16],因此采用大肠杆菌表达系统生产亚单位疫苗,相比全病毒灭活疫苗而言,生产成本低且无潜在的生物安全风险。目前国内已有多个商品化疫苗上市,但国外还没有商品化的VP2亚单位疫苗。由于VP2的抗原中和表位具有构象依赖性,大肠杆菌表达系统无法对VP2蛋白进行加工、修饰,利用该系统表达的VP2蛋白免疫鸡群后诱导产生的中和抗体水平明显低于全病毒灭活疫苗。由于真核表达系统可对表达的重组蛋白正确折叠,通过真核生物系统表达的VP2蛋白可能比原核系统的表达产物有更好的免疫原性,Liu等[17]利用杆状病毒表达系统,将VP2蛋白与能够增强免疫的鸡IL-2进行融合表达,结果表明,融合蛋白比单独使用VP2提供了更好的保护,提高了亚单位疫苗的免疫原性,但目前为止,还没有该类商品化的VP2亚单位疫苗。此外,也有尝试利用植物表达系统研制适用于口服的亚单位疫苗,如吴建祥等[18]用IBDV的VP2基因和拟南芥成功构建转基因植物表达系统,为亚单位疫苗研究带来新思路。
免疫学的研究表明,在对某种外来抗原的免疫应答过程中,最初产生的特异性抗体与该抗原结合后,可形成一种免疫复合物。由于复合物中抗体分子的Fc片段与抗原递呈细胞的Fc受体有很高的亲和性,使得与抗体结合的抗原更易有效地与递呈细胞结合。一旦抗原-抗体复合物被递呈细胞吞噬和内质化,即可激活并刺激B淋巴细胞成为抗体分泌细胞,从而引起强烈的体液免疫反应。已有研究表明,在体外构成的免疫复合物对机体所刺激的体液免疫反应是自然抗原的100倍。将IBDV疫苗株与高免血清特异性结合制备的IBDV免疫复合物(Icx)疫苗是依据这一原理研制成功的商品化疫苗[19],该复合物能延迟病毒在鸡体内的复制,当母源抗体降低到一定水平时,IBDV-Icx中的病毒开始释放复制并产生免疫保护力[20]。其主要优势在于不受母源抗体干扰,可用于胚内免疫,且免疫效果优于常规病毒活疫苗。章振华等[21]用鸡传染性法氏囊病免疫复合物疫苗和活疫苗分别免疫1日龄SPF雏鸡,9 d后发现,免疫复合物疫苗组鸡法氏囊正常,弱毒活疫苗组鸡法氏囊全部明显萎缩,免疫21 d和28 d后,疫苗免疫组均100%保护。另有研究发现,鸡胚接种IBDV-Icx疫苗后,在脾脏内发现更多的生发中心,大量的IBDV被局限在脾脏和粘液样的树突细胞内[5],减少了病毒在体内其他组织中的复制,降低了疫苗免疫后对外排毒量,从而也降低了疫苗毒释放至环境中与野毒重组的可能,进一步减少了活疫苗使用后可能存在的生物安全风险。
自从上个世纪90年代初研究发现,编码具有免疫原性蛋白的裸DNA进入宿主细胞后可以诱导机体产生对特定病原体的免疫应答,DNA疫苗就迅速成为研究热点,尤其是对于一些体外难以培养的病原体,研制DNA疫苗似乎比研究其他类型疫苗更有发展前景。国外已有商品化的DNA疫苗,如美国已批准了用于预防大马哈鱼传染性造血组织坏死病的DNA疫苗,中国农科院哈尔滨兽医研究所已研制成功高致病性禽流感(H5亚型)DNA疫苗[22]。由于DNA疫苗不受母源抗体干扰,且稳定性好,甚至保藏运输可以不需要冷链等潜在优势[23],目前已有许多关于鸡传染性法氏囊病DNA疫苗的研究报道。Satya等[24]利用真核表达载体pVAX1构建了含VP2基因的pVAX-VP2质粒,将该质粒经肌肉注射接种2周龄雏鸡,利用RT-PCR方法检测发现不同脏器内均能检测到质粒DNA,且免疫鸡可获得高水平的抗VP2蛋白抗体,用 IBDV强毒株攻毒可获得75%的免疫保护率。Hsieh等[23]将含有VP2、VP3和VP4基因的质粒DNA分别在1日龄、1周龄和2周龄时经肌肉3次接种母源抗体阳性的肉鸡,免疫3周后攻毒,结果发现,接种剂量为7.5和10 mg的免疫组鸡可获得95%和100%保护率。但也有研究表明, DNA疫苗免疫后,再采用灭活苗进行加强免疫才能获得较好的免疫保护作用[25]。至今,用于预防IBD的DNA疫苗仍处于试验性阶段,由于其不受母源抗体干扰、生产过程中不需要操作活病毒,使用后不存在散毒风险等,仍然是疫苗研究的热点之一。
活病毒载体是将目的基因插入病毒载体基因组复制非必需区,当重组病毒感染宿主时,外源基因随病毒载体共同在宿主体内复制、表达外源蛋白,激发宿主免疫应答反应[26]。病毒载体可同时插入多个外源基因,构成多价疫苗,降低了制备和接种成本,而表达VP2蛋白的重组病毒活载体疫苗接种鸡后不会导致法氏囊损伤,从而避免了活疫苗免疫后可能导致的免疫抑制风险[27]。活病毒载体疫苗的研究已近30年,多种病毒如禽痘病毒、禽腺病毒、新城疫病毒和火鸡疱疹病毒等均可作为疫苗载体,国外已有多种商品化的表达IBDV-VP2蛋白的载体疫苗上市。
5.1 禽痘病毒载体 禽痘病毒具有某些特征,如在细胞浆内复制、基因组大以及特征性的病毒酶和转录系统,使其可以正确表达外源基因,因此成为早期载体疫苗研究的主要病毒载体之一。目前在美国以痘病毒为载体的禽流感、新城疫、鸡传染性喉气管炎、支原体重组禽痘病毒活疫苗均已上市[28],多年临床使用后也被证明是安全有效的[5],但至今未见有表达IBDV-VP2禽痘病毒活载体疫苗成功的报道。Bayliss等[29]将 IBDV 52/70株编码VP2的基因插入禽痘病毒(FPV)构建了重组病毒fpIBD1,以融合蛋白形式表达VP2,将构建的载体病毒活疫苗分别在1日龄和14日龄时免疫SPF鸡,28日龄时用52/70或CS89强毒接种,免疫鸡仅可获得临床保护,但法氏囊仍有损伤。Tsukamoto等[30]构建了表达VP2基因的rFPV重组病毒,将该病毒免疫SPF鸡后30 d用vvIBDV攻毒,虽然可以提供临床保护,但法氏囊仍出现严重的肉眼病变,其组织病理学评分结果与攻毒对照相似,该结果也表明表达VP2基因的重组禽痘病毒不能够提供有效的免疫保护效果。因此,从2000年以后未见采用重组禽痘病毒作为载体研制IBD疫苗的报道。
5.2 禽腺病毒载体 腺病毒由于宿主广泛,其双链DNA可以有效表达插入的外源基因,且以其为载体构建的疫苗可以诱导机体产生良好的细胞和体液免疫反应[31-32],不同血清型的禽腺病毒均可作为载体用于构建载体疫苗[31]。Sheepard等[33]首次将IBDV经典毒株002-73的VP2基因插入到血清10型禽腺病毒(FAV-10)的非编码区,构建了表达VP2基因的重组腺病毒,该病毒经静脉、腹腔、皮下和肌肉途径接种SPF鸡,免疫21 d后能诱导鸡产生针对VP2的抗体,用中等毒力的经典毒株IBDV V877攻击4 d后,法氏囊组织匀浆用ELISA方法检测不到病毒抗原。Francois等[34]用属于禽腺病毒I型的鸡胚致死孤儿病毒(CELO)作为载体,构建了表达IBDV-VP2基因的重组病毒CELOa-VP2,通过口鼻途径接种SPF鸡后用vvIBDV攻击,仅产生非常低的保护效果,而通过皮下和皮内途径一次接种后攻毒,可产生100%的临床保护。尽管以禽腺病毒为载体构建的表达IBDV-VP2基因的重组疫苗研究报道较少,但随着分子生物技术的发展,禽腺病毒载体构建技术会逐步简单化,面对我国养禽业中腺病毒感染越来越严重的流行现状,研制IBD禽腺病毒载体活疫苗将会有较大的临床应用优势。
5.3 新城疫病毒载体 随着反向遗传技术的发展,许多RNA病毒已研制作为疫苗载体[35],新城疫病毒是其中应用最为广泛的一种RNA病毒载体。虽然新城疫病毒(NDV)可感染多种哺乳动物和禽类,但由于其仅在细胞浆内复制,在动物体内不形成持续感染,且几乎不发生如基因插入、缺失或重组等基因变化现象,此外NDV能够诱导机体在局部和全身产生很强的体液免疫和细胞免疫作用,同时又具有一定的佐剂活性,所以它作为疫苗载体是非常安全有效的。许多以NDV为载体的人类疫苗和动物疫苗已被研制,如人的流感(rNDV/B1-HA)、SARS(NDV-VF/S)、埃博拉(NDV/GP)和人副流感(NDV-LS/HN, NDV-BC/HN)等,这些疫苗的免疫效果已在实验动物中得到证实[36],也研制出用于牛羊、猪、狗和马的病原体的载体疫苗,如牛疱疹病毒-1型(BHV-1)[37]、裂谷热病毒(RVFV)[38]、犬瘟热病毒 (CDV)[39]和狂犬病毒 (RV)[40]。
有多种以NDV为载体的禽用疫苗已研制成功,如禽流感、传染性喉气管炎、传染性支气管炎、鸡传染性法氏囊等[41]。其中禽流感NDV活载体疫苗已在中国和墨西哥获得商品化应用[42]。尽管以NDV为载体的活病毒载体疫苗研究较多,但关于NDV载体表达IBDV-VP2的活载体疫苗研究资料较少。2004年,Huang等[43]首次将IBDV GLS-5 株的VP2基因插入到 NDV Lasota株基因组的3'端,拯救出重组病毒rLaSota/VP2,将重组病毒免疫2日龄的SPF鸡3周后用IBDV GLS-5和NDTexas GB株攻毒,结果表明rLaSota/VP2能对免疫鸡产生90%以上的免疫保护。2014年,Jin等[44]构建了表达IBDV-VP2的ND嵌合病毒rLaC30L-VP2,18日龄胚内接种后可以对vvIBDV毒株提供83.3%的保护。2017年,Sohini等[45]用NDV F株构建表达IBDV-VP2的重组病毒rNDV F/VP2,免疫效力试验结果表明可以对IBDV强毒株提供100%保护,对NDV强毒株攻击可以提供80%保护。虽然上述实验室研究结果均表明采用NDV疫苗毒株构建的表达IBDV-VP2的重组病毒对IBDV强毒均可以提供良好保护,但由于ND活疫苗的免疫受到母源抗体干扰影响较大,且ND载体病毒活疫苗的免疫效果均低于其ND疫苗亲本毒株,因此ND-IBDV-VP2二联活疫苗的商品化还有待进一步研究和发展。
5.4 火鸡疱疹病毒/马立克载体 马立克病毒(MD)和火鸡疱疹病毒(HVT) 均属于α疱疹病毒科,目前已在MD/HVT病毒基因组中发现了多个病毒体外复制非必需基因,其中包括US1、US2、US6、US7、US10、UL23、UL40、UL43、UL44、UL45、UL46等,可供多种外源基因插入。MD/HVT接种鸡会引起持续性的感染,同时刺激体液和细胞免疫,接种该载体的单一疫苗能引起长期免疫[46]。由于其良好的安全性,且疫苗不受母源抗体干扰,使得以MD/HVT为载体研制禽用疫苗成为近年来的研究热点,目前国外已有多个商品化疫苗上市。Raphael Darteil等[47]首次报道构建表达IBDV-VP2的HVT载体病毒,使用不同剂量(103~105PFU/羽)接种1日龄鸡21 d后,用IBDV强毒株攻击,105PFU/羽接种组可以提供100%保护,随后许多研究报道均表明表达VP2蛋白的HVT载体疫苗对IBDV可以提供良好的保护。Tsukamoto等[48]构建了含不同启动子的rHVT-VP2重组病毒,即rHVT-cmvVP2和rHVT-pecVP2,对比结果发现,携带Pec启动子的重组病毒VP2蛋白表达量是CMV启动子的4倍,对免疫鸡产生100%保护,而含CMV启动子的重组病毒,免疫效果较差,这表明HVT重组载体病毒的启动子对疫苗的免疫效果和抗原表达量有重要影响。Bulbot等[49]使用表达IBDV-VP2的HVT载体疫苗经胚内接种或1日龄皮下接种高母源抗体鸡群,免疫鸡法氏囊没有任何损伤,且疫苗能够提供对不同IBDV强毒株的保护,该结果表明载体疫苗具有高度的安全性和有效性。Roh等[50]用商品化的VAXXITEK HVT-IBD疫苗对商品肉鸡进行的免疫接种试验表明,该载体疫苗可以对肉鸡提供良好的免疫保护,且对免疫鸡法氏囊不引起任何损伤,不诱导免疫抑制。从目前相关表达IBDV-VP2载体疫苗的研究和临床应用效果看,表达VP2的HVT载体疫苗是免疫效果最好,且临床应用最广泛的载体疫苗。
至目前为止,预防和控制IBD最经济最有效的措施仍然是采用疫苗进行免疫接种。尽管有许多不同类别的商品化疫苗上市,对IBD的控制和减少养禽业的经济损失也起到了至关重要地作用,但目前可用于IBD预防的商业疫苗仍然存在着一定的局限性,因此新型疫苗研究仍是方兴未艾。可以展望,随着免疫学技术和分子生物技术的进一步发展,快速研制与流行毒株抗原结构相匹配的疫苗成为可能。当抗IBDV的母源抗体较高时,胚内接种的免疫复合物疫苗或重组疱疹病毒载体疫苗可用于规避母源抗体对疫苗的干扰问题。然而,不建议同时使用两种重组疱疹病毒疫苗,因为疱疹病毒感染细胞之间的相互干扰会导致对一种或两种目标病原体的免疫效果降低,在将来,也许IBD-DNA疫苗是解决这个问题的途径。如果能开发新型佐剂和改进疫苗接种途径并使之方便于群体免疫,可提高亚单位、亚病毒颗粒和模拟表位疫苗在养禽业的实际应用前景。总之,用于预防IBD的新型疫苗必须安全有效,生产成本低廉,且对大规模化养禽业而言使用经济,只有这类疫苗才能成功获得市场。
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