牛冠状病毒病流行病学研究进展

刘宝柱 萨茹拉 孙衍立

摘要：牛冠状病毒病是一种在世界范围内广泛分布的疾病，可引起成年牛的冬季痢疾、犊牛腹泻和所有日龄牛的呼吸道疾病。牛冠状病毒病发病率高但死亡率低，对肉牛和奶牛养殖均可造成严重的经济损失。本文对牛冠状病毒病的病原特征、流行病学和机制研究进展进行综述，希望为牛冠状病毒病的基础研究和应用研究提供参考。

关键词：牛冠状病毒；牛冠状病毒病；流行病学；致病机制；研究进展；综述

牛冠状病毒病是由牛冠状病毒感染引起的一类疾病，主要包括新生犊牛冠状病毒性腹泻、成年牛冬季痢疾、所有日龄牛冠状病毒性呼吸道疾病[1]。牛冠状病毒病最早的报道见于1973年的美国，随后通过组织学、免疫荧光和免疫电镜等技术鉴定出该病的病原为冠状病毒，1984年首次从患支气管肺炎的犊牛肺中分离出牛冠状病毒，因此确定了牛冠状病毒可引起牛的呼吸道疾病和腹泻[2]。牛冠状病毒病在全世界范围内广泛传播，并可对肉牛和奶牛养殖造成巨大的经济损失。据报道，患冬季痢疾的奶牛与感染前相比，每日产奶量最高可下降70%，在患病前7 d和患病后19 d的产奶期间中，每头患病奶牛产量减少51 L[3]。在另一项研究中，出现冠状病毒的牛场犊牛体重减少了8.17 kg。此外，牛冠状病毒病还可通过增加治疗成本、病牛的护理成本、生殖障碍等给牛场造成经济损失[4]。本文对牛冠状病毒病的病原特征、流行病学和机制研究进展进行综述，希望为牛冠状病毒病的基础研究和应用研究提供参考。

1 病原特征

牛冠状病毒（BCoV）是套式病毒目、冠状病毒科、冠状病毒属2a亚群的成员，同属病毒成员有人肠道冠状病毒、人冠状病毒OC43、猪血凝性脑脊髓炎病毒、马冠状病毒、犬呼吸道冠状病毒。牛冠状病毒有囊膜，具有多形性，一般为圆形或椭圆形，病毒粒子直径为65～210 nm，表面有棒状突起，呈球形或花瓣状排列。病毒囊膜上有指状纤突，在反复冻融后容易丢失，因此很难通过病料分离到牛冠状病毒。部分毒株可在原代细胞和传代细胞中生存，目前可用于牛冠状病毒体外培养的细胞有人直肠癌细胞、胎牛肾细胞、猪肾K3细胞、猪肾K15细胞、绿猴肾细胞、人胚肺成纤维细胞等。牛冠状病毒的基因组为单股正链不分节的RNA，大小约为32 kb，编码5种结构蛋白（核衣壳蛋白N蛋白、膜蛋白M蛋白、纤突蛋白S蛋白、小衣壳蛋白E蛋白以及血凝素蛋白HE蛋白）。其中N蛋白和M蛋白羧基末端和病毒的RNA组成牛冠状病毒的核心，M蛋白、S蛋白、小衣壳蛋白E组成牛冠状病毒的包膜。核衣壳N蛋白是牛冠状病毒主要的结构蛋白，在病毒致病性、转录和翻译以及增强细胞免疫方面发挥有重要作用，并且还可以辅助增强牛冠状病毒RNA复制能力。N蛋白基因高度保守，其羧基端基因序列更为保守，常作为牛冠状病毒诊断方法和试剂研发的候选抗原，同时N蛋白还具有极强的免疫原性。S基因编码的S蛋白主要负责细胞的粘附、血凝、膜融合以及诱导中和抗体，S基因的改变将严重影响牛冠状病毒毒株的毒力和对宿主的嗜性。S蛋白由S1和S2两个亚单位组成，其中S1主要负责病毒与宿主识别与结合的功能，S2与病毒感染期细胞间的融合有关。S蛋白还存在着替代受体，在病毒装配和出芽中也发挥着重要作用。牛冠状病毒可能凝集小鼠的红细胞，不能凝集豚鼠、鸡、猪和人O型红细胞。通过免疫电镜和免疫荧光抗体技术验证，牛冠状病毒与猪凝血性脑脊髓炎病毒有抗原交叉反应。牛冠状病毒对外界环境抵抗力较低，可被甲醛等消毒剂灭活，紫外线、高热也可使牛冠状病毒灭活。牛冠状病毒还对乙二醇、乙醚和氯仿等有机溶剂敏感[5，6]。

2 流行病学研究进展

自从美国首次发现牛冠状病毒病以后，全世界各大洲均有该病的报道，但是牛冠状病毒病的发病率在各国之间不同。据报道，在2000年以前，牛冠状病毒主要出现于美洲、欧洲和亚洲，并以腹泻症状为主，其中每周的美国、加拿大、阿根廷的牛群阳性率为2.41%～84%，欧洲的英国和比利时的阳性率为14%和8%。2000—2009年，亚洲土耳其和韩国的牛冠状病毒阳性率分别为10.8%～28.1%和5.6%～58.2%，欧洲的荷兰和意大利阳性率分别为2.80%和46.74%，南美巴西的阳性率高达68.6%。从2010—2019年，BCoV传播到整个大洋洲，澳大利亚和新西兰的粪便样本中牛冠状病毒的阳性率分别为21.6%和14.0%。此外，牛冠状病毒也出现在非洲、阿尔及利亚和加纳的粪便样本中的阳性率分别为20.73%和0.30%。与此同时，亚洲也报告了牛冠状病毒病疫情，在伊朗、中国、泰国、印度和越南等多个国家的腹泻粪便样本中检测到牛冠状病毒，阳性率分别为7.2%、12.20%～69.05%、12%、8.88%～16.00%和6.9%。可以看出，牛冠状病毒最先在美洲發现，然后相继出现在亚洲、欧洲、大洋洲和非洲，特别是2010年后，牛冠状病毒在五大洲多个国家呈现流行趋势[7]。

牛冠状病毒自然宿主主要为牛，各日龄的牛感染后均可发病，但临床症状可存在较大差异，如1～2周龄的牛主要出现腹泻症状，成年牛则出现冬季痢疾，而所有日龄的牛均可出现呼吸道症状。马、骆驼、鹿、驼鹿等家养或野生动物也可感染牛冠状病毒。此外，在许多家养动物和野生动物的粪便、肠道内容物或呼吸道分泌物中发现了许多与牛冠状病毒具有生物学、抗原性和遗传相似性的冠状病毒毒株，因此该类种冠状病毒有被命名为类牛冠状病毒[8]。牛冠状病毒可通过消化道和呼吸道进行传播，其中消化道是主要的传播途径。携带病原体的动物是主要的传染源，其呼吸道黏膜分泌物和消化道排泄物中可含有大量病毒，可感染同群的其他动物患病。牛冠状病毒在冬、春两季发病率较高，因为该时节环境温度低，紫外线强度较弱，牛冠状病毒在这样的环境中更加稳定，生存时间长。

3 致病机制

3.1 入侵与复制

动物通过粪口途径或经呼吸道感染后，牛冠状病毒通过S蛋白与宿主细胞表面的膜受体结合进入细胞，随后通过细胞胰蛋白酶样蛋白酶裂解S蛋白进入细胞内，形成蛋白质主干的S2蛋白介导病毒与宿主细胞膜的融合。牛冠状病毒的复制场所目前还尚不明确，但有两种假说，一种是牛冠状病毒在呼吸道进行复制，然后通过呼吸道黏液保护大量病毒被宿主吞咽后进入肠道感染，而另一种是胃肠道感染后病毒扩散至呼吸道并形成病毒血症。牛冠状病毒感染后可通过粪便和鼻腔分泌物排出，病毒脱落可持续较长时间，有研究表明在牛感染后牛冠状病毒后鼻腔分泌物中可检测出病毒的时间可持续932 d，而粪便中可长达1 058 d[9]。

3.2 肠道感染

牛冠状病毒感染后可导致肠上皮细胞坏死、脱落，随后被未成熟的肠上皮细胞代替，出现发育不良和融合的小肠绒毛，代偿性隐窝增生和液体分泌进一步加剧了腹泻症状，而成熟的肠上皮细胞的坏死降低了肠道的吸收、代谢和分泌功能。病牛小肠中无法消化的物质会在大肠中堆积发酵，导致大肠中液体急剧，细菌过度生长，有机酸过度产生，加剧了腹泻症状[10]。

3.3 呼吸道感染

早在1982年就有研究人员认为牛冠状病毒是导致牛肺炎的病原体之一，而随后的许多研究也证实了这一观点，并且肠道和呼吸道检测的毒株属于同一种。从流行病学和呼吸道病原的诊断检测数据证实了患有呼吸道症状的病牛鼻腔分泌物中牛冠状病毒具有较高的检出率，并且病毒滴度较高，但牛冠状病毒在牛呼吸道综合征中的作用仍存在疑虑，因为通过人工感染试验重现临床呼吸系统疾病尚无成功案例，因此牛冠状病毒引起的呼吸系统临床症状和相关病理变化仍尚不明确，并且呼系统症状和病理变化还与牛冠状病毒毒株、动物的年龄、混合感染、气候和环境因素有着密切的关系。因此，目前的研究表明，单独的牛冠状病毒可能通常不会导致下呼吸道感染，但在混合感染的情况下，该病毒可能是一种重要的呼吸道病原体，并且在引发疾病中起着重要作用。因此，需要有关牛冠状病毒呼吸道分离株感染SPF的牛冠状病毒血清阴性牛相关研究，以更好地证实牛冠状病毒在呼吸道疾病中的作用[11]。

4 结语

近年来的研究表明，牛冠状病毒病的传播范围越来越大，牛群发中感染牛冠状病毒的阳性牛占比较高，可对牛养殖业造成严重的危害。目前，对于牛冠状病毒的流行病学和致病机制方面的基础研究已取了一定的成果，但对于牛冠状病毒的复制场所、呼吸道致病机制以及免疫学方面的研究仍存在知识盲区，不利于新型防控方法、高效疫苗和特效药物的研制。因此，仍需进一步加强牛冠状病毒病原学、致病机制和传播途径等方面的基础研究，为新型高效的防控方法奠定理论基础。

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