传染性海绵状脑病污染环境引发的风险

张茜茜， 周向梅， 赵德明， 杨利峰

(中国农业大学动物医学院， 北京 海淀 100193)

传染性海绵状脑病(TSEs)又称朊蛋白疾病(Prion diseases)，是一组能够感染人和动物的慢性、致死性、神经退行性疾病。目前普遍认为是由体内正常的朊蛋白(PrPC)错误折叠成具有部分蛋白酶抗性的PrPSc引起的。该病可引起多种动物与人发病，如人类克雅氏病(Creutzfeldt-Jakob，CJD)、格氏病(Gerstmann-Scheinker，GSS)、致死性家族失眠症(Fatal Familial insomnia，FFI)；引起动物的包括疯牛病(BSE)、羊痒病(Scrapie)、鹿慢性消耗性疾病(CWD)和传染性水貂脑病(TME)等[1]。该病主要引起中枢神经系统的病变，包括神经元空泡化、神经胶质细胞增生、异常折叠的朊蛋白蓄积和淀粉样蛋白斑块等。朊病毒能够抵抗各种强理化因素的作用，经典的病毒灭活程序在朊病毒灭活中几乎不起作用，因此，朊病毒可在环境中长期持续存在。本文主要概述了朊病毒可在体液及排泄物、植物、水环境、土壤、粉尘和野生动物等长期存留并且传播，希望能够引起对该病的重视，做到防患于未然。

1 体液与排泄物

动物传染性海绵状脑病主要的传播途径为水平传播。近年来，有很多研究者发现，在CWD感染鹿的粪便、唾液和尿液及血液中均可检测出朊病毒[2]。Haley和他的同事[3]收集5只病鹿的唾液和尿液分别接种两组tg1536小鼠(一组9只)，并监测小鼠的临床症状。在接种后370 d左右，接种冻干尿的小鼠中有2只的临床症状与传染性海绵状脑病一致，而接种唾液的小鼠中有8只表现出神经症状。此外，也有研究者在变异型克雅氏病人(vCJD)的尿液中检测出朊病毒[4]。已有研究表明，血液能够传播CWD朊病毒从而使幼鹿患病，所产生的潜伏期与自然感染的潜伏期基本一致[5]。此外，有人在母羊乳腺组织中测出朊病毒，并发现通过喂养患病羊的乳汁可以感染羔羊[6]。Nalls[7]等人在CWD朊病毒是否可以垂直传播的试验中发现，患病母鹿生产的所有未足月胎儿均未存活，而每个胎儿体内至少有两个组织中含有朊病毒，将从胎儿组织中提取的朊病毒感染存活胎儿，存活胎儿在出生后几天内死亡。他们同时发现，在患病母鹿妊娠早期，即可在胎儿体内检测到朊病毒。这些研究结果表明，CWD患病动物体内的朊病毒可能会通过患病母体的后代进行垂直传播，而且几乎所有的朊病毒都具备此特性。

因此，朊病毒可通过尿液、粪便、唾液、血液、乳汁等排泄物及体液等水平传播，除此之外，还可在母体和胎儿组织之间垂直传播，并且可能在多代之间进行传播。

2 植物

由于动物传染性海绵状脑病的主要自然宿主(羊、牛和鹿)是食草动物，因此，植物可能在朊病毒的传播中发挥着重要作用。Pritzkow[8]等人将植物的根和叶在含朊病毒的脑浆稀释液中浸泡16 h，脑浆稀释液的浓度从10-1到10-8，试验结果表明，即使是在高倍稀释的脑浆中培养的植物根、叶，也可用PMCA(Protein Misfolding Cyclic Amplification)技术检测出朊病毒，而且植物的根所结合的朊病毒比叶中还多。他们还用含朊病毒的植物经口饲喂仓鼠，试验中摄入含朊病毒的叶和根的所有金黄地鼠都表现了典型的朊病毒病症状。更重要的是，研究结果发现，朊病毒除了可以与植物结合并保持感染力之外，而且植物的根还可以从土壤中吸收朊病毒，并可将其从根部传送到茎叶。此外，Pritzkow[8]还发现植物可以结合不同种属的朊病毒如羊痒病、CWD和vCJD，由此证明，朊病毒与植物之间的相互作用是多种朊病毒的特征。植物是环境的重要组成部分，是包括人类在内的许多生物不可或缺的食物来源。这个研究结果对于人类和动物健康有重要意义。目前关于动物源性人类朊病毒传播的主要观点是食用或者接触了患病动物，这个研究表明，植物也可能是朊病毒传播的重要传播媒介，也应包含在风险评估中。

3 水域环境

水域环境中有由细胞及其聚集体或细胞碎片等组成的有机物质，这些有机物质可能会以朊蛋白为核心包裹在朊蛋白周围，保护朊病毒不失活或者仅少量失活。Alba[9]等人的研究中，BSE朊病毒在污水中的感染效价随培育时间的延长而递减，在培育9个月时毒力已降低近百倍，在培育近6年后，与未处理的朊病毒相比，感染效价降低1 000倍，为1.4×104，而在PBS中培育6年后只降低一个数量级。羊痒病朊病毒在污水与PBS中培育9个月感染效价均无显著的变化，在PBS中培育8年，感染效价降低3个数量级，在污水中的数据由于接种物毒性而无法获得，但数据表明，在PBS中培养时，羊痒病的稳定性比BSE好，因此，在污水中羊痒病的感染力也不会下降太多。此外，Maluquerde Motes[10]等人证明用Western Blot检测出朊病毒在废水和海水中存在2～4个月，Syreeta[11]等人的实验同样指出朊病毒在水中的减少表现为时间函数。

这些实验结果虽然表明水环境中的朊病毒总体趋势是在减少，然而含量减少是一个过程，它需要几个月至几年，甚至几十年。水对于自然界中的生物来说是必不可少的，因此，水环境中朊病毒的净化是控制传染性海绵状脑病传播的重要途径。

4 土壤与粉尘

土壤可以作为朊病毒在环境中的天然储存场所。朊病毒与土壤颗粒结合后可以在多年内保留感染能力，实验表明粘性土壤结合PrPhy(金黄地鼠型痒病株)的能力是砂性土壤的两倍[12]，据估计在美国科罗拉多州北部CWD传播的环境中，土壤表层粘粒含量每增加1%，自由放养的鹿慢性消耗病的患病几率增加了8.9%[13]，此外，土壤中不同的矿物质及pH值均会影响其结合朊病毒的能力。土壤中长期保存并传播朊病毒，使得易感动物及其他物种在生存环境中面临极大的威胁。

农场内饲养的动物曾感染羊痒病，多年后农场依然是一个潜在的感染源。Gough[14]和他同事的实验数据表明，受污染农场内羊痒病可靠粉尘在空气中传播。他们用sPMCA检测到70 d内所收集的粉尘中含羊痒病朊病毒，此外，在距羊痒病污染场所30-60 m的牧场中也可在粉尘中检测到朊病毒。尽管严格消除污染，然而健康羔羊在接触到曾经的朊病毒环境仍然会感染的现象或许可以用粉尘携带朊病毒在空气中传播来解释。用sPMCA检测粉尘中的朊病毒及它们在空气中的传播是一个新的思路，对于羊痒病在污染场所内朊病毒的传播有重要意义。农场内粉尘中朊病毒的流通性和积聚可能会妨碍到朊病毒污染区域的有效净化。虽然粉尘中朊病毒的来源仍未知，但是有理由假设，一旦朊病毒通过体液或者排泄物等各种途径进入粉尘，粉尘作为移动的朊病毒储库，会将朊病毒传播的范围扩大。该研究同时说明粉尘中朊病毒的存在使得该类疾病的控制更加困难。

5 野生动物

郊狼灌胃CWD朊病毒感染的脑组织稀释液，3 d后用郊狼粪便感染小鼠，小鼠患病。该实验中，朊病毒经过郊狼胃肠道消化虽不使郊狼患病，但其排泄物进入环境中仍然具有感染能力，同时也说明哺乳动物可能会有助于CWD朊病毒在环境中的传播[15]。Fischer等人[16]用20只乌鸦经口感染羊痒病脑浆4 h后收集的粪便感染小鼠，实验中所有接种羊痒病脑匀浆的小鼠(9/9)和从患痒病羊的脑匀浆喂服乌鸦后，采集的粪便进行接种的小鼠(66/84)，表现出明显的临床症状和Western Blot检测呈阳性，说明乌鸦的消化系统不能消除朊病毒的感染性，排泄物朊病毒仍具有感染性。可以推断食腐鸟类，如乌鸦，秃鹫和鹰等可能在传染性海绵状脑病的传播中发挥重要作用。由于血液中也含有朊病毒，由此推断昆虫也可能是该病在自然界中传播的媒介之一。在实验条件下接种CWD朊病毒能够使松鼠猴患病[17]。和朊病毒易感动物共享栖息地的生物具有很大的风险，如郊狼、美洲狮和其他野猫等天敌，还有食用鹿尸体的狗、猫、浣熊、臭鼬、水貂、狐狸、鼠、鹰、猫头鹰和乌鸦等动物。

野生及腐食动物大部分会因季节、食物等因素变化而迁徙，它们活动范围大，极难控制，而且飞禽等生物可能会途经人类聚集区导致它们除了会对野生环境造成污染外也会将病毒传入人类生活区，或许不会发病，但成为朊病毒的被动载体从而传播朊病毒，扩大朊病毒的存在场所从而危及人类。

6 生物制品

牛羊肉不仅是人类重要的食物来源，而且化妆品、医药及饲料等工业也多使用牛羊源性产品。马贵平等人[18]关于来源为牛羊产品的化妆品传播疯牛病的风险评估中，从理论上证明化妆品可能会传播BSE朊病毒，并指出高度危险性如脑及脊髓等来源物质是禁止用于化妆品成分或添加剂，像动物油脂及衍生物、胶原物质及明胶等中度危险物质应在加工制作过程中严格把关，而低危险性物质如羊毛脂等可以使用。Berger所做的关于动物源性药物的市场调查中，54%的样本(包括人用药和兽用药)中含有动物组织或器官，其中也包括多种牛羊源性的可疑风险物质[19]。牛骨广泛用于牙科和骨科手术中，Kim[20]等人发现牛源性可移植材料可能会将朊病毒传播给病人，建议禁止牛骨的使用。鹿茸在我国是名贵的中药材料，有诸多功效，应用范围极广，有人在鹿茸中也检测出朊病毒[21]，除此之外，牛羊源性的生物制品广泛存在于我们的日常生活中，必须加强这类产品的生产检验及监督。

医源型克雅氏病主要由人工硬脑膜移植和人垂体生长激素治疗造成，少量的病例是由神经外科器械污染[22]。该类型克雅氏病的潜伏期可以通过特定手术程序进行估算：人硬脑膜移植平均潜伏期是12年，人生长激素发病与治疗时间有关，有时会持续多年，但平均时间是17年。该类型的克雅氏病已在21个国家发现，日本的病例多与硬脑膜移植有关，而生长激素病例中超过一半来自法国，可能是由于生产过程中污染所致。而变型克雅氏病则可通过输血传播，其潜伏期是3～8年[23]。

因此，在捐献的人体器官或血液中监测是否有PrPSc的存在显得十分必要，而且对于医疗器械无污染处理也很重要。

7 结语

早期人们假设疯牛病是羊痒病朊病毒的变型，因此坚定的认为疯牛病不可能传播给人类。然而，1995年在英国首次发现，疯牛病朊病毒传播给人类导致变型克雅氏病[24]。因此，虽然现在的很多实验[25]都证明存在种间屏障，但我们依然无法明确的宣称其他动物朊病毒对人类没有威胁，朊病毒疾病的发展处于动态变化中，物种间通道可能会使之很快适应新的宿主[26]。除了这些朊病毒本身的理化特性外，它们可以通过患病动物的体液及排泄物传播到环境中，使接触的同种群动物患病或成为带毒体，使得传染性海绵状脑病在种群间肆虐。朊病毒可以与植物结合，在植物根茎叶中运输并可感染食用动物。最近有研究表明,植物中存在的LD蛋白(Luminidependens)，是一种朊病毒样蛋白，它可能在控制植物的春化与开花的表观遗传中发挥作用[27]。而且植物也可以成为朊病毒的载体，对农业的发展和人类的健康都带来了潜在的风险和危害。水域及野生动物由于其流动性及活动范围之广，一旦从某一个环节中被朊病毒侵入，造成的危险是持续蔓延的，而且对它们的控制措施也极难实施。2016年9月22日，农业部和质检总局发出公告，有条件解除对美国30月龄以下剔骨牛肉、带骨牛肉的禁令，允许符合中国追溯体系要求和检验检疫要求的美国牛肉对华出口。该公告的公布将会要求我国对于传染性海绵状脑病的监督与控制应该更加严格。朊病毒在环境中长久存在且会持续感染，使得从源头控制该病毒，尽可能的切断或减少朊病毒的传播途径，对防止其感染人类和其他动物都具有极其重要的意义。