牛病毒性腹泻病毒发病机制和疫苗开发的最新进展

马兵祥

（山东省滨州市邹平市农业农村局青阳畜牧兽医站 山东滨州 256217）

牛病毒性腹泻（bovine viral diarrhea）又称黏膜病（mucosal disease），是一种急性、热性传染病。牛病毒性腹泻病毒（bovine viral diarrhea virus，BVDV）是一种与典型猪瘟（classical swine fever）和边界病（border disease）的病原体相关的病毒，康奈尔大学的研究人员Olafson 和Rickard 于1946 年在美国纽约一群患有高死亡率急性胃肠炎的牛中首次发现了这种病毒[1]。牛病毒性腹泻病毒存在于世界上大多数养牛国家，因此牛病毒性腹泻病毒感染导致巨大经济损失，直接损失是生产性能和生殖性能下降，如产奶量减少、呼吸系统疾病、先天性缺陷、生长迟缓、产犊间隔延长以及免疫抑制导致的动物患病率和死亡率增加；间接损失是预防控制成本增大[1]。已知牛病毒性腹泻病毒感染会导致牛的生育能力低下，但与早期生殖损失相关的大部分潜在机制尚不清楚。在母牛中，牛病毒性腹泻病毒感染被认为能够直接杀死卵母细胞、胚胎和胎儿，或诱发导致胎儿畸形或流产。牛病毒性腹泻病毒诱导子宫内膜先天免疫抑制，这可能会导致子宫疾病。牛病毒性腹泻病毒感染还可能导致免疫功能障碍，并使牛易患其他疾病，导致健康问题[2]。

隐蔽性、长时间的短暂感染以及持续感染动物的存在是其在全世界牛群中普遍存在牛病毒性腹泻病毒的原因。最初认为这种感染是不可能控制的，但在过去已经出现了有效的系统控制策略，所有有效控制计划的共同特点是清除持续感染动物、对受感染牛群的跨区移动严格控制、严格的生物安全和监测，以及有效疫苗的使用。一些经典的减毒活疫苗和灭活疫苗一直被用于动物免疫，其中一些疫苗通常会诱导产生一定水平的体液和细胞介导的免疫应答[2]。然而牛病毒性腹泻病毒新毒株和变种的出现影响了这些常规疫苗的效力。在一些地区鉴定出新的流行毒株，与新型疫苗相匹配，对有争议的牛病毒性腹泻病毒防治工作产生重大影响。牛病毒性腹泻病毒的根除主要取决于几个因素，包括对病毒株和变种的严格和持续监测，开发具有高通量诊断方法，同时检测病毒的任何潜在新的新毒株或变种，以及开发疫苗。

1 分子生物学

牛病毒性腹泻病毒颗粒呈球形至半球形，冷冻电子显微镜显示，病毒颗粒由围绕电子致密核的外双脂质层包膜组成。大多数病毒颗粒，病毒颗粒的直径约为50 nm（范围在40～60 nm 之间），约有2%的颗粒直径达到约65 nm[3]。牛病毒性腹泻病毒属于黄病毒科（genus pestivirus）瘟病毒属（family flaviviridae），包括影响绵羊和猪物种的其他病毒（分别为边境病病毒和典型猪瘟病毒）。根据牛病毒性腹泻病毒的细胞病理学和细胞培养生长能力，鉴定了两种基因型，为BVDV-1 和BVDV-2[3]。最近在欧洲从巴西进口的胎牛血清中鉴定出HoBi 样病毒，该病毒可能被归类为非典型瘟病毒属病毒之一，或属于BVD-3 血清型[3]。

牛病毒性腹泻病毒基因组大小约12.3 kb，ORF 编码一个大的多蛋白，经翻译后加工成四种结构蛋白和八种非结构蛋白，包括NH2 -Npro/C/Erns/E1/E2/p7/NS2/NS3/NS4A/NS4B/NS5A/NS5B -COOH[4]。牛病毒性腹泻病毒核糖体移码主要是由于Npro 编码区缺失一个核苷酸，这发生在牛病毒性腹泻病毒的SD-1 毒株中，导致感染细胞中病毒RNA 和病毒蛋白的减少。通常有三个区域被用于病毒的基因分型，5'UTR，包含种内和种间保守的基序；Npro 区域，是病毒的独特区域；E2 蛋白的编码区域，显示出高变异性，常用于病毒的基因分型[4]。根据基因组测序，基因型BVDV-1 被分为至少22 个亚型（BVDV-1a 至BVDV-1v），而基因型BVDV-2 和HoBi样病毒被分为4 个亚型[4]。

2 发病机制

根据对培养细胞的影响而不是对感染宿主的影响，牛病毒性腹泻病毒分为非细胞致病（non-cytopathogenic，ncp）型和细胞致病（cp）型[5]。cp 型牛病毒性腹泻病毒在培养的细胞中诱导凋亡，而ncp型牛病毒性腹泻病毒不会。然而，ncp 型牛病毒性腹泻病毒似乎是急性感染的病因，可在多种体液中传播，包括鼻分泌物、尿液、牛奶、精液、唾液、眼泪和羊水，粪便是一种可能的病毒来源[5]。与持续感染的牛进行鼻对鼻或性接触是动物之间传播感染的最常见方式，也涉及苍蝇、雾化病毒和受污染的兽医设备或围栏等。ncp 型牛病毒性腹泻病毒感染的最重要来源是持续感染动物。cp 型牛病毒性腹泻病毒已被证明能够在实验条件下诱导急性感染[6]。

ncp 型牛病毒性腹泻病毒的急性感染会导致未怀孕的牛短暂的病毒血症，从感染后第3 天开始，直到约2 周后。牛病毒性腹泻病毒感染幼龄动物，一般导致持续10～14 d 的短暂病毒血症，还可能与短期白细胞减少症、淋巴细胞减少症和血小板减少症、胸腺细胞凋亡、免疫抑制、发热和腹泻有关[6]。由此产生的免疫抑制反过来会导致其他感染性病原体的建立，或导致现有感染的复发。免疫抑制与牛病毒性腹泻病毒对T 和B 淋巴细胞的直接影响以及肠道相关淋巴组织中淋巴细胞的凋亡相关。牛病毒性腹泻病毒感染造成胃肠道肌间神经节和黏膜下神经节以及正常肠神经功能的中断可能是一些急性感染牛腹泻的原因。牛病毒性腹泻病毒感染还会加剧呼吸道疾病。流产则与牛病毒性腹泻病毒和caninum 孢子虫的共感染有关[6]。

孕早期的感染可能导致持续感染小牛的出生，ncp 型牛病毒性腹泻病毒具有抑制胎儿中I 型干扰素的能力，使病毒能够在宿主中存活并成为持续感染动物。这些持续感染动物不会产生抗体反应或清除病毒，并会在所有排泄物和分泌物中排出大量病毒，包括牛奶、精液、唾液、鼻腔分泌物、尿液、血液和气溶胶[6]。牛病毒性腹泻病毒广泛分布于持续感染动物的淋巴结、胃肠道上皮和淋巴细胞、肺、皮肤、胸腺和大脑。持续感染动物在临床上可能是健康的，但有些可能显得矮小、虚弱和生长迟缓，甲状腺激素浓度明显低于健康犊牛。持续感染动物易发生继发感染，表明免疫功能较差，同时易感黏膜疾病，因此大多数持续感染动物生存能力相对低下。

3 疫苗开发

控制牛病毒性腹泻病毒感染的首选方法之一是接种疫苗，因为相对便宜且有效。接种疫苗并不一定能阻止新的持续感染动物的出现，易感动物的感染仍在继续。持续感染动物对感染持续存在的重要性已被认识到，疫苗接种的首要目标转向了保护胎儿。

牛病毒性腹泻疫苗包括灭活疫苗、减毒活疫苗和重组疫苗。减毒活疫苗通常不建议用于怀孕动物的疫苗接种，安全性问题促使开发了可在任何年龄和怀孕阶段使用的灭活疫苗。根据国家兽药基础数据库-国产兽用生物制品批签发数据，牛病毒性腹泻/黏膜病灭活疫苗（1 型，NM01 株），牛病毒性腹泻/黏膜病、传染性鼻气管炎二联灭活疫苗（NMG 株+LY 株）和牛病毒性腹泻/黏膜病、牛传染性鼻气管炎二联灭活疫苗（1 型，NM01 株+LN01/08 株）三种灭活疫苗获批投入市场。一种重组疫苗被开发，该疫苗基于病毒结构蛋白E2与单链抗体的融合，用于将E2 抗原靶向抗原呈递细胞上的主要组织相容性复合体Ⅱ类分子，开发的重组疫苗在牛体内诱导了快速和持续的特异性中和抗体反应[7]。

尽管牛病毒性腹泻病毒的疫苗开发取得了进展，但对几十年来广泛接种疫苗效果的评估令人失望，疫苗接种并未改变疾病流行率。失败的原因是牛病毒性腹泻病毒独特的感染机制，以及持续感染动物不断排出大量病毒，持续感染动物在其一生中有充足的机会接触并感染新的易感动物。在持续感染动物的存在下，只有100%的群体免疫才能阻止新的持续感染小牛的出现。由于在实际条件下几乎不可能实现100%的群体免疫，因此成功地“仅接种疫苗”策略以实现牛病毒性腹泻病毒流行的控制从未被报道过。

随着诊断技术的改进，成本效益高的大规模筛查成为可能。病毒学筛查允许识别和消除持续感染动物，通过移除识别的持续感染动物，病毒从感染的牛群中被清除，并通过持续的高水平生物安全措施防止再次感染。在采取控制措施后，牛病毒性腹泻病毒的患病率大幅下降，瑞士在短短两年内将持续感染动物的患病率从1.8%降至0.2%以下，挪威从0.12%降至0.02%[5]。由于大规模筛查计划难以全面执行以及是非强制性的，来自未参加病毒识别的邻近畜群的感染压力仍然很高，再次感染会造成严重的经济后果。为了防止意外再次感染，需要在清除持续感染动物后对牛群再进行疫苗接种。爱尔兰即通过清除持续感染动物再进行疫苗接种的方案，牛群患病率已从0.66%降至0.1%[5]。但仍需要更多的国家做出实质性努力来遏制牛病毒性腹泻病毒的出现和传播，以从全世界根除这种病毒。■