张留君,范红结,贺绍君,邹前明,赵 磊,冯 星,刘德义★
(1.安徽科技学院动物科学学院,安徽 凤阳 233100;2.安徽青桐农牧有限公司,安徽 舒城 231300)
猪繁殖与呼吸综合征(Porcine reproductive and respiratory syndrome,PRRS)可导致母猪严重的繁殖障碍和哺乳仔猪的呼吸困难与高死亡率,是严重威胁生猪健康并给世界养猪业造成重大经济损失的重要传染病。据统计,PRRS 每年给美国的养猪行业造成的经济损失可高达6.64 亿美元,由于我国的生猪饲养数量远远超过美国,从而造成的经济损失会更加巨大。引发本病的病原体是猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRS virus,PRRSV),隶属于套式病毒目(Nidovirale)动脉炎病毒科(Arteriviridae)动脉炎病毒属(Arterivirus),具有囊膜结构并包含一条长度约为15 kb 的单股正链的RNA 基因组。PRRSV 基因组包含至少12 个开放阅读框(Open reading frame,ORF),可编码至少16 种非结构蛋白(non-structural protein,Nsp)和8 种结构蛋白。根据病毒基因组核苷酸序列的同源性关系,PRRSV 可被分成欧洲型(European type)毒株和美洲型(North American type)毒株,并分别以LV 毒株和VR-2332 毒株为代表,而我国主要流行的为美洲型毒株。尽管两种类型的病毒株的核苷酸序列的同源性仅有60%,但是其感染猪后却能够引起非常相似的临床症状。
中国是世界上最大的生猪和猪肉生产国,也是最大的猪肉消费国家。数据显示,2021 年我国屠宰生猪和圈养生猪的数量分别达到6.71 亿头和4.49亿头,猪肉产量更是高达5296 万t。PRRSV 能够引起持续性感染,且很难被彻底清除掉。中国的养猪场数量众多,规模庞大且多样化,管理水平、生物安全水平和防控技术水平等也不尽相同,使猪场的疫病防控面临巨大困难。当前,PRRS 仍是给我国的生猪健康带来严重威胁以及对我国的养猪业可持续发展产生制约的重要因素之一。本文系统阐述了我国PRRSV 的流行情况及防控策略,以期为我国PRRS 防控提供参考。
1.1 经典PRRSV 毒株的流行 位于北美洲的美国于1987 年首次发现PRRS,并在1992 年成功分离到世界上第一株美洲型PRRSV 毒株,即VR-2332。随后,该病开始在北美、亚洲等地区广泛流行。1995 年年末,我国大陆华北地区某集约化猪场出现了第一例PRRS,研究人员随后从发病猪病变组织中分离出一株病毒株CH-1a,该PRRSV 分离株虽具有北美血统,但与VR-2332 毒株保持较远的亲缘关系。1996 年,我国研究人员又从北京地区一头母猪的流产胎儿中分离到一株病毒株BJ-4。相比之下,BJ-4 毒株的分离时间虽然晚于CH-1a 毒株,但却与北美原型毒株VR-2332 保持较近的亲缘关系(99.6%),提示我国PRRSV 可能为输入性传播,应谨慎引种。在接下来的10 年里,PRRSV 从北方陆续传播到中国其它地区,并在大多数养猪场呈现出高度流行状态,成为我国生猪生产中的常见传染病,但此段时期流行的病毒株主要是我们通常称为的经典PRRSV 毒株。在临床上,经典毒株感染后的主要特征是母猪生殖失败,包括妊娠晚期流产,胎儿损失增加(干尸化、死产和新生胎儿死亡),断奶和育肥猪生长性能下降和死亡率升高,以及所有年龄的猪呼吸障碍和容易继发细菌感染等。
1.2 高致病性PRRSV 毒株的流行 2006 年5 月,我国江西省某养猪场最先发生了一场病因不明的猪“高热病”疫情,其临床特征是发病猪体温升高(41~42℃)、全身皮肤发红、严重的呼吸系统疾病以及较高的发病率(50%~100%)和死亡率(20%~100%)。它能够影响几乎所有年龄阶段的猪,并具有高度的传染性。疫情首先在散养和中小型养猪场发生,然后逐步向集约型养猪场扩散。很快,疫情就蔓延到我国东南部和中部的大部分省份。截至2007年春季,疫情已率先蔓延至西南和华北的大多数养猪场。在不到一年的时间里,疫情已导致数百万头猪死亡,摧毁了中国的许多养猪场。疫情的暴发造成短时间内生猪数量急剧下降,大量中小型养猪场破产,特别是在疫情严重的地区,给我国养猪业造成了巨大的经济损失。结果,由于整个猪肉产量的急剧下降,市场上的猪肉价格大幅上涨。直到2007年6 月,本轮“高热病”的病原才被确定为美洲型PRRSV 毒株的一种新变体,并以分离自江西省的JXA1 株为代表毒株。在仔猪体内做攻毒实验时发现,分离的PRRSV 变异株高度重现了与疫情现场观察到的相似的临床症状。与经典PRRSV 毒株相比,由于该变异毒株具有高致病性,因此该病被称非典型PRRS,其变异病原体被称为高致病性PRRSV(HP-PRRSV)。对2006~2008 年在中国流行的所有HP-PRRSV 毒株的基因组分析表明,它们均属于美洲型,其典型特征是具有独特的基因组缺失标记,即与经典PRRSV 毒株相比,其非结构蛋白2(Nsp2)存在30 个(1+29)氨基酸的不连续缺失(见图1),但该缺失与病毒的毒力并不相关。目前,HP-PRRSV 毒株仍是我国很多养猪场流行的优势毒株,并且新的HP-PRRSV 毒株仍在不断出现。
图1 代表性PRRSV 毒株NSP2 蛋白氨基酸序列比对结果。
1.3 NADC30-样PRRSV 毒株的流行 PRRSV NADC30 毒株于2008 年从美国爱荷华州暴发呼吸道疾病的猪群中首次分离出来,该分离株是一种中等毒力的毒株。根据序列信息,NADC30 毒株在Nsp2 蛋白中出现131 个氨基酸的间断性缺失(见图1)。2012 年,周峰等首次报道并在我国河南省分离到一株与NADC30 毒株高度同源(95.4%),并且具有相同Nsp2 基因缺失模式的PRRSV 毒株,即HENAN-XINX 毒株,该PRRSV 分离株也被称作NADC30-样或类NADC30 毒株。NADC30-样PRRSV 毒株自2013 年以来,迅速在我国的北京、天津、山西、湖南、安徽、浙江、福建、黑龙江和吉林等近十个省市的猪场猪群中流行扩散开来,其中河南省地区NADC30-样毒株的检出率一度超过50%。后来证实,NADC30-样毒株是造成我国自2013 年以来PRRS 再度流行和扩散的主要原因,尤其是导致一些曾经稳定的猪场出现大量母猪流产和保育仔猪严重呼吸道疾病,并且现有的商品化疫苗接种后并不能为猪群提供有效的免疫保护以抵抗NADC30-样毒株感染。多数学者认为,我国NADC30-样PRRSV 毒株很大概率是在种猪贸易时由北美地区输入进来的。NADC30-样PRRSV 毒株不仅造成了我国临床PRRS 广泛的暴发和流行,而且该病毒还涉及到重组事件,从而导致了具有不同毒力水平的新的变异病毒株的产生及循环出现,在中国越来越多的变异毒株和重组毒株已经被许多研究人员相继检测到。当前,NADC30-样毒株已成为我国优势流行毒株并仍在不断发生新的变异,且与HP-PRRSV JXA1-样毒株及其它毒株(经典毒株和疫苗株)发生频繁的自然重组,这更加加剧了我国PRRSV 毒株的遗传多样性和感染复杂程度,从而给PRRS 整体防控带来了更加严峻的挑战。
1.4 NADC34-样PRRSV 毒株的流行 2018 年,我国学者首次报道了两株NADC34-样或类NADC34的新的PRRSV 变异毒株,均分离自辽宁省发生严重繁殖障碍的母猪,并将其分别命名为LNWK96 和LNWK130。遗传进化分析显示,这两株PRRSV 分离株与在2014 年分离自美国爱荷华州的高毒力PRRSV IA/2014/NADC34 株高度同源,并且与PRRSV VR-2332 株相比在Nsp2 蛋白的328~427位氨基酸处存在100 个氨基酸的连续缺失(见图1)。随后,NADC34-样PRRSV 毒株相继在我国的黑龙江、河南、福建、江苏等多个省份及地区被频繁地检测到,并有进一步扩大蔓延至全国的趋势。NADC34-样PRRSV 毒株目前已成为我国部分地区主要的流行毒株,并很有可能会成为我国下一个优势PRRSV 流行毒株。通过动物实验,研究人员对美国的PRRSV NADC34 毒株和中国的NADC34-样PRRSV 毒株的致病性分别进行了系统性的评估。结果显示,感染IA/2014/NADC34 毒株的猪出现持续性的发热(40℃以上),时间从感染后3~12d,其中14 头被感染的猪中有2 头猪分别死于感染后9d和12d,死亡率为14.28%。另外,与对照组(342g/d)相比,感染猪的平均日增重也出现大幅度下降,仅为5.5g/d。而当前出现在我国的NADC34-样毒株,如从江苏的一个养猪场分离出的JS2021NADC34毒株,可引起母猪的高流产率和乳猪的高死亡率。在不同受感染的中国猪场中,由NADC34-样PRRSV 毒株引起的母猪群的流产率普遍在10%~30%,而仔猪的死亡率在10%~80%。以上研究表明,美国的NADC34 毒株和中国的NADC34-样毒株均具有较高的致病性。然而,Song 等人报道了一株NADC34-样HLJDZD32-1901 毒株,其感染的猪仅表现出轻微的临床症状,包括轻度咳嗽和厌食,表明了该毒株是一株低致病性的NADC34-样PRRSV 毒株。我们推测,中国NADC34-样PRRSV毒株的致病性存在较大差异可能与其快速的变异有关,病毒基因组变异导致毒力基因相关位点改变,从而造成病毒致病能力发生变化。
迄今为止,关于PRRSV 在发病机理、免疫学特征及流行病学等诸多方面的研究仍处于初级阶段,大量的谜团仍未被完全揭开。自PRRSV 在20 世纪80 年代末首次出现以来,全世界的科学家已经进行了大量的努力工作来控制它的感染。如何有效控制和彻底根除PRRSV 一直都是全球养猪业面临的共同问题。中国与其它发达国家在生产方式上的巨大差异,对养猪场整体饲养管理水平也较低,防控该病的困难将会更大。在众多控制措施中,疫苗接种被认为是一种可行且低成本的策略,已被广泛用以减少PRRS 造成的相关经济损失。因此,疫苗接种也是我国大部分生猪生产者预防和控制PRRS 的首要选择。为了控制中国PRRS 的流行,我国科学家早期曾利用国内的第一个PRRSV 分离株CH-1a 毒株先后研制出了灭活疫苗与减毒活疫苗,同时还在2005年从国外引入了商品化的Ingelvac.MLV(亲本为VR-2332 毒株)弱毒疫苗。然而,这几种疫苗在控制PRRS 时的效果并未达到预期效果,妊娠母猪生产失败和哺乳仔猪呼吸障碍相关的临床病例在已接种的猪场中仍频繁地发生。这些疫苗仅能对基因同源的PRRSV 毒株产生良好的免疫保护效果,可在一定程度上减少临床疾病的发病率和严重程度,改善猪的生长性能,并可缩短母猪病毒血症和病毒感染持续的时间。
2006 年一种新型PRRSV 毒株,即HP-PRRSV毒株在中国出现,给中国养猪业造成了重大经济损失。原因是近年来使用最多的Ingelvac.MLV 商业化疫苗只能保护生猪HP-PRRSV 毒株侵害。因此,HP-PRRS 在中国暴发后不久,国内几个HP-PRRS V 分离株(如JXA1、HuN4、TJM等)的减毒活疫苗被紧急研制并迅速投入使用,如 JXA1-R、HuN4-F112、TJM-F92 等。研究表明这些疫苗也仅能对各自的亲本HP-PRRSV 毒株感染产生有效抵抗力。与此同时,这类弱毒疫苗的安全问题也引起人们的注意。研究人员在实施疫苗接种的农场中发现了许多疫苗株和田间野毒株之间的重组毒株。另外,由疫苗毒株JXA1-P80 引发的被接种猪感染也不断被发现。即大规模和多次的疫苗接种以及各种弱毒疫苗的无限使用可能是中国美洲型PRRSV 毒株多样性增加的主要原因之一。因此,应高度重视HP-PRRSV 弱毒疫苗的安全性,在接种此类疫苗时,生猪生产者应合理、有限地使用疫苗。此外,中国还有相当多没有接种疫苗的种猪场和商业养猪场。除了安全问题外,目前的弱毒疫苗还并不具备对各种现有病毒株和新出现毒株提供强有力保护的能力。例如,目前国内市面上正在广泛使用的PRRSV 疫苗,包括JXA1-P80、HuN4-F112、GDr180、TJM-F92 和Ingelvac.MLV 等,均不能对新近出现的NADC30-样和NADC34-样PRRSV 毒株感染提供完全的保护。因此,需要加快设计和开发一种较为理想的PRRS 疫苗的进程以用于防控我国PRRSV感染。
美洲型NADC30-样毒株现已成为我国田间流行的优势毒株,并与经典毒株、高致病性毒株、最新发现的NADC34-样毒株及各种变异毒株和重组毒株共存,并且新的变异及重组毒株仍在不断出现。在我国的PRRSV 基因组中,缺失、插入和重组频繁的发生,其中缺失是病毒进化的主原因之一,也可能进一步促进了病毒在相对封闭或毒株多样性较低的环境下的进化。近年来重组毒株的增多和高重组率表明,重组在PRRSV 的进化过程中也发挥了非常重要的作用。疫苗接种仅可有效预防同型病毒株引发的感染或减轻其临床发病症状,但缺乏交叉免疫保护作用。由于PRRSV 的遗传多样性特点,加强饲养管理水平、强化生物安全控制措施、实施封群净化方案等可能是未来消灭PRRS 的主要努力方向。