库蠓吸血习性及其携带病毒研究进展

卢 雪,向 帅,周南灵,邵译莹,冉雯羽,侯晓晖

库蠓属(CulicoidesLatreille)隶属于双翅目(Diptera)、蠓科(Ceratopogonidae),是一类吸血蠓,广泛分布于世界各地,是目前已知吸血蠓类中种类最丰富、数量最庞大的属。截至目前,全球已发现1 399种[1],我国目前已知480种[2]。库蠓体型微小,具有吸血特性,在侵袭吸食人和动物血液时,会造成吸血对象真皮层机械损伤,类似于马蝇(虻科 Tabanidae)、黑蝇(蚋科 Simuliidae)和蜱虫(蜱总科 Ixodoidea)等吸血昆虫[3]。为了便于嗜血,库蠓唾液中含有抗止血因子、蛋白酶抑制剂和免疫调节蛋白[4-5],当其吸食受到病原体感染的宿主后,其唾液便可携带病毒性或非病毒性病原体,包括非洲马瘟病毒(African horse sickness virus,AHSV)、蓝舌病毒(Bluetongue virus,BTV)、水泡性口炎病毒(Vesicular stomatitis virus,VSV)、施马伦贝格病毒(Schmallenberg virus,SBV)、卡氏住白细胞虫(Leucocytozooncaulleryi)等[6-7]。作为虫媒病毒的重要载体,可对人和动物造成一定的危害,因而库蠓在医学及疾病传播领域具有不可忽视的地位。

昆虫媒介和不同宿主之间的接触频率与传播性疾病扩散以及传播到不同动物的风险密切相关[8]。库蠓作为多种虫媒病毒的媒介,其吸血习性及摄食模式研究大多局限于具有传播病毒能力的库蠓种群[9]。目前,我国库蠓吸血习性及摄食模式的研究相对国外较为薄弱,主要通过在不同生境中库蠓吸血率的生态学调查来反映[10],或通过在动物身上捕捉正在取食血源的库蠓来确定其取食对象,如研究发现Culicoidesobsoletus和C.chiopterus主要吸食牛血等[11]。最近,国内一些研究者们运用分子检测明确C.arakawai偏好吸食鸡血,兼吸人、猪或鸽子血,而C.homotomus则吸食人和猪血[12]。然而,国外分子检测方法已广泛运用于鉴定库蠓血粉来源的研究中,如Bartsch和Slama等人研究发现C.obsoletus和C.punctatus主要吸食牛血,少部分吸食猪血[13],C.imicola在非洲主要以人和马的血液为食[14],且C.imicola是BTV的主要传播媒介[15]。掌握传播媒介的吸血习性是防控蠓及蠓传疾病的前提和基础,同时明确吸血昆虫的血粉来源对于了解媒介传播病毒的流行病学至关重要[16]。

本文对1990-2022年Pubmed、Sciencedirect、Web of Science等数据库进行检索,就国内外有关库蠓吸血习性及其携带病毒的研究进展进行综述,并对我国库蠓防控需求和未来的蠓类研究重点进行展望。

1 库蠓属吸血蠓

吸血蠓是蠓科中能叮咬吸食人、畜等血液的昆虫总称,包括库蠓属、蠛蠓属、细蠓属和澳蠓属,其中库蠓属是蠓科中分布最广、种类最多、与人畜关系最密切的属,全球已知库蠓属包括35亚属、1 399种,占全球现存吸血蠓种的79.3%[1],我国已知库蠓属有12亚属、480种。库蠓体型微小,成虫体长只有1～3 mm,虫体呈黑色或深褐色,俗称“墨蚊”、“小咬”等,其生活史经历卵、幼虫、蛹及成虫4个阶段,属于半水生昆虫,成虫多栖息于宿主周围30～50 m的树丛、竹林、洞穴等潮湿、避风、避光处。库蠓的活动具有季节性,某些地区4～6月是库蠓活动的高峰期[17]。库蠓具有刺吸式口器,能够以植物汁液、花蜜为食,多数库蠓属于非自育性蠓,需要吸食宿主血液才能促进自身卵巢发育,其胃血消化和卵巢发育同步进行,具有生殖营养协调现象[18]。

2 库蠓吸血习性的研究

明确库蠓摄食模式是确定每一特定物种在流行病学中重要性的关键步骤。正如对蚊媒病毒情况的评估,蚊虫从感染病毒的脊椎动物宿主中吸取血液的比例是确定关键媒介物种、量化吸血蚊虫扩增和传播疾病风险的基础,同时为确定疾病传播的关键物种及建立嗜血媒介传播疾病的动态预测模型提供有效信息[19]。

2.1 感觉器 库蠓的取食偏好可能与触角、触须的形态以及感器的数量或分布有关。根据这一特征,将库蠓种群区分为偏好取食鸟类和偏好取食哺乳动物类的两类库蠓,研究发现偏好吸食鸟类血液的库蠓种群与偏好吸食哺乳动物血液的库蠓种群相比,其分布在触角上的感受器数量更多[20]。此外,宿主大小可能与触须第3节中的感受器有关,以大型哺乳动物为食的库蠓种群触须第3节中感受器数量低于以鸟类为食的库蠓种群,同时以鸟类为食的库蠓种群具有显著较大的触须第3节,该节占触角比显著高于以哺乳动物为食的库蠓[21-22]。Augot D等分析发现包括触角腔锥感器数量、触角远端第4节到第10节有无腔锥感器、触须大小、触须形状、触角第四节到第十节感器短毛数量等多个形态特征可作为预测库蠓种类宿主偏好的特征,如在偏好以鸟类为食的库蠓种群中触角腔锥感器、锥形感器以及毛形感器数量显著高于偏好以哺乳动物为食的库蠓种群[23]。因此,库蠓感觉器官的结构及形态特征可作为鉴别其宿主偏好的间接方法。但目前对于这一假说的定量检验研究还较为缺乏,需作进一步探究。

2.2 胃血来源 雌性库蠓在取食血液后一段时间,腹部血粉未消化呈现一种饱血状态,这为了解库蠓的取食模式提供了有价值的信息。直接获取库蠓胃血液来源信息是宿主鉴定最直接的方法,同时也是研究媒介与宿主相应比率最可靠的方法,便于建立媒介病毒传播模型的基本参数[23-26]。不同因素(如栖息地类型、季节和诱饵种类)的选择有助于在使用轻型诱捕器时捕获饱血状态的雌性,且被捕捉的库蠓可以是处于完全饱血状态,也可以是腹部含有部分未消化的血粉。在许多研究中采集到的饱血雌性个体所占采集总数的比例很小,如在使用4种不同的诱捕器采集的C.imicola样本中,只有0.18%～2.28%的雌性库蠓腹部具有血粉[24]。此外,Venter GJ等通过使用不同灯光的诱捕器采集的所有库蠓样本中,腹部含有新鲜血液的雌性库蠓也仅占到0.2%[25]。即使在潜在宿主皮肤的地方采集库蠓样本,其腹部有血粉的雌性比例也相对较低[26-28]。因此,收集饱血库蠓通常是一项较为艰巨的任务。

2.3 取食偏好 大多数库蠓吸血习性的研究主要集中在农场或者家养牲畜中,如通过特定种类的动物吸引库蠓,发现哺乳动物中牛、绵羊、马以及鸟类中鸽子易受到库蠓的叮咬[29-32]。目前,通过生态学或者分子方法已经对79种库蠓进行研究,共鉴定出38种常见库蠓的宿主,包括21种哺乳动物及17种鸟类,表1中列举了部分库蠓的宿主调查情况,罕见物种如斑鹟[39]、西方狍[40]等野生动物未列出。尽管库蠓的宿主多样性很丰富,但大多数种类的宿主还是以牛、羊、马等家畜及人类为主。调查还发现这几种库蠓(C.obsoltus、C.scoticus、C.punctatus、C.griseidorsum、C.kibunensis和C.subfascipennis)对10种以上的常见动物具备吸血习性。此外,C.obsoltus复组及C.pulicaris种团物种是潜在的病毒传播媒介,其主要取食对象均为哺乳类动物,少数以禽类为食,这不仅增加了蠓媒病毒在家畜动物中的传播风险,更加大了人兽共患病的传播范围。此外,Calvo JH等还从饱血C.pulicaris样本中鉴定出的CO Ⅰ序列与当地某种爬行动物有93%的相似性[50],这表明该物种存在吸食爬行类动物血液的可能,但目前尚未见库蠓以两栖类动物为宿主的报道。当然,宿主的选择可能与当时的环境、季节或者是次要宿主的出现等因素有关,这可能影响了某些种类库蠓的原始取食模式,如C.phlebotomu最初可能主要以海龟的血液为食,在中美洲出现后转为以人类和狗的血液为食[51]。目前,多数库蠓种群的取食方式研究都是建立在少数个体之上的,这对于明确库蠓与禽畜的对应关系即取食偏好提供了有效信息,但对于数量庞大、种类繁多的库蠓吸血习性研究具有一定的局限性。

3 库蠓媒介病毒

雌性库蠓吸血叮咬除了会造成皮肤损伤,引起宿主产生皮炎,还会将多种虫媒病毒传播给人类、牲畜和野生动物等,导致宿主罹患疾病并带来一定的经济损失[52]。

3.1 库蠓媒介病毒性疾病及其危害 目前,已有学者报道库蠓与流行性乙型脑炎(Japanese encephalitis,JE)、蓝舌病(Bluetongue disease,BT)、水疱性口炎(Vesicular stomatitis,VS)多种疾病的传播息息相关[53-54]。迄今为止,已从库蠓中分离鉴定的病毒隶属6科10属,分别是黄病毒属(Flavivirus)、正内罗病毒属(Orthonairovirus)、正布尼亚病毒属(Orthobunyavirus)、暂时热病毒属(Ephemerovirus)、Hapavirus属、Tibrovirus属、水泡性病毒属(Vesiculovirus)、环状病毒属(Orbivirus)、Seadornavirus属、甲病毒属(Alphavirus),见表2。上述病毒可引发牲畜疾病,如Orbivirus属BTV可引发BT,该病主要侵害绵羊、牛等动物,患病动物表现出舌头呈蓝紫色、发绀并出现溃疡和糜烂,同时,孕牛羊患病可经胎盘传播给胎儿,引起母畜的流产、死胎或先天性异常的发生,迄今已在全球50多个国家蔓延[82],并造成了巨大的经济损失。据报道,1998年欧洲南部暴发蓝舌病疫情,推断其可能是由C.imicola传播,随后2006年欧洲北部、德国、法国、瑞士、荷兰等国家也相继暴发此病,认为C.obsoltus复组(包括C.obsoltus、C.scoticus、C.dewulfi和C.chiopterus)以及C.pulicaris种团(C.pulicaris和C.punctatus)可能是蓝舌病向北欧地理传播的主要物种[83]。此外,实验室研究已经证明C.obsoletus和C.scoticus具有传播SBV的能力,包括感染节肢动物的能力、支持病毒复制以及将其传播给脊椎动物。而SBV可引起成年牛出现短暂非特异性的症状,并会造成怀孕的反刍动物流产或产下先天感染和畸形的后代[84]。除了上述病毒以外,还多次从库蠓体内分离得到能引起马、牛、羊等动物致病的病毒[85-86],相关疾病给不同国家的畜牧业造成严重打击。

人类亦可因受到携带病毒的蚊虫叮咬或是与病畜接触后发生感染而患病,如在南美洲奥罗普切病毒(Oropouche virus,OROV)引起的人奥罗普切热,该病毒在城市生物循环中主要媒介是叮咬蠓C.paraensis,当受到携带病毒的蠓叮咬时,可发生感染,患者出现头痛、肌痛、关节痛、高热、呕吐、皮疹等症状,类似于登革热,严重时可导致脑膜炎[63,87]。此外,新泽西水泡性口炎病毒(Vesicular stomatitis New Jersey virus,VSNJ)可引起马、牛、羊等多种动物发生水泡性口炎,又称鼻疮,人可因接触病畜引起水泡性口炎,约有1/4的患者在口部、舌或鼻部出现疱疹样水疱病变,持续2～7 d后完全恢复[88]。近年,在欧洲、澳大利亚、南美洲、北美洲及亚洲相继出现的流行性脑炎和人流行性乙型脑炎疾病分别是由东方马脑炎病毒(Eastern equine encephalitis virus,EEEV)和流行性乙型脑炎病毒(Japanese encephalitis virus,JEV)引起的[89-90],同时在我国新疆也出现由克里米亚-刚果出血热病毒(Crimean Congo hemorrhagic fever virus,CCHFV)引起的人新疆出血热等疾病[91],这些疾病病毒都在库蠓种群中检测到[54]。因此,明确库蠓传播疾病的机制,有利于切断传播途径,预防疾病的发生与传播。

3.2 库蠓媒介病毒的传播方式 目前,发现库蠓传播病毒的方式主要是水平传播。León等利用实验室饲养的C.sonorensis通过胸内接种感染VSV病毒,让其叮咬牛后发现,牛出现了水泡性口炎的临床症状[92]。Osborne等于2015年在实验室中利用含有BTV的血液喂养C.sonorensis成虫,并对其卵、幼虫、蛹和1代成虫进行BTV核酸检测,结果发现其卵呈弱阳性,而幼虫、蛹和1代成虫则呈阴性,随后在检出该病毒的牛场中采集C.sonorensis幼虫进行病毒检测,发现其结果均为阴性,故认为BTV在库蠓中不能进行垂直传播[93]。2013年,Veronesi E等将BTV血清1型病毒株与马血混合喂养数百只C.sonorensis和C.nubeculosus,通过对库蠓体内病毒的分离与检测,发现病毒RNA大部分出现在腹部和胸部,其次是头部和唾腺[94]。此外,C.sonorensis对VSV病毒感染的研究中发现,在摄食感染性食物后长达13 d的时间里,C.sonorensis对VSV感染非常敏感,这种病毒在整个蠓虫的组织中都能检测到,包括唾液腺和卵[95]。随后,按照消化/吸收路线模式,先在消化道组织中检测到病毒复制,喂食后第3 d病毒可在血淋巴、真皮、脂肪体、唾液腺、复眼、大脑、胸下神经节以及卵巢等处检测到。仅3 d病毒就可在整个昆虫体内复制,穿过中肠和唾液腺感染屏障到达传播病毒的器官(如唾液腺和卵巢),这与病毒在有效生物载体中的感染模式一致[96]。唾液腺是病毒传播的重要器官,故昆虫唾液腺中的病毒检出直接提示了该种库蠓具备病原传播的潜能[97]。Drolet BS等还在卵巢上皮细胞和发育中的卵母细胞中检测到VSV的复制,这又提示病毒存在经卵传播的可能[96]。

4 库蠓防制

4.1 物理防护 叮咬吸血是库蠓最直接的危害,物理手段的防护可以通过使用防蚊头帐、防蚊帽以及隔离纱网等,可直接有效的减少库蠓刺叮骚扰。除了做好自身防护外,还可以进行库蠓滋生地的生境改造,如去除或改变库蠓的生境,以减少或消除幼虫种群[98]。库蠓的栖息地主要包括湿润富含有机物的土壤、牛粪、水生植物的淤泥等,如C.chiopterus和C.dewuff都是在牛粪中滋生[99]。库蠓幼虫一般为伴水生物种,在干燥处存活能力有限,可以通过改造或去除周边生境,进而减少库蠓对人畜的危害。

4.2 化学防制 化学防制主要是使用杀虫剂或者趋避剂等化学试剂来消灭库蠓,因其灭虫效率高、使用方便且价格低廉而得到广泛应用。根据药剂的不同具有不同的使用方式,包括超低溶剂喷雾、粉剂或颗粒剂施洒、滞留喷洒等。常用的杀虫剂包括恶虫威、甲基嘧啶磷、二氯苯醚菊酯、溴氰菊酯、氯氰菊酯等。最近,Murchie AK等研究发现,溴氰菊酯和伊维菌素在牛身上局部使用后不能阻止库蠓吸血,但溴氰菊酯能提高库蠓的死亡率[100]。同时,研究发现溴氰菊酯在田间使用时持续滞效可达35 d,而70%防虫磷乳油的灭蠓效果可持续2个月[101]。此外,合成拟除虫菊酯和阿维菌素(大环内酯)也是常用的杀虫剂,被批准用于害虫蝇类和外寄生虫的控制,可应用于动物的局部皮肤。最新研究还发现,联合使用Flubex(2%二氟苯脲)和Vectobac DT(苏云金芽孢杆菌)使得C.imicola和C.newsteadi的丰度显著降低,可以实现对库蠓幼虫及成虫的控制[102]。除了杀虫剂外,趋避剂亦可有效地防止库蠓叮咬,如驱蚊灵、避蚊胺(DEET)、8-羟基别二氰葛缕醇甲酸酯、伊默宁等。

4.3 生物防制 随着人们对环境的重视,生物防治也逐渐成为媒介控制的重要组成部分。在英国进行的一系列实验室和半田间实验中,已发现4种昆虫病原真菌(金龟子绿僵菌Metarhiziumanisopliae、球孢白僵菌Beauveriabassiana、玫烟色棒束孢Isariafumosorosea和长孢蜡蚧菌Lecanicilliumlongisporum)能够杀死C.nubeculosus的幼虫,并降低了成虫的存活率[103-104]。最近的研究显示,M.anisopliaeF52在1011个分生孢子/m2的条件下,24 h内对C.nubeculosus的杀灭率为100%,同时发现干燥后的分生孢子比潮湿的分生孢子更有效,5 d后的致死率分别为100%和70%[104],该颗粒剂在欧洲多个国家获得批准使用,但不能以干燥孢子或粉末形式用于灭蚊。此外,昆虫生长调节剂、丝状线虫寄生虫、Iridescent病毒、小孢子虫以及水生水螅都可作为潜在的生物控制剂进行研究。

5 展 望

综上,本文对库蠓携带病毒、吸血习性及宿主鉴定方法等进行了综述,不难发现国内对于库蠓吸血习性相关研究尚处于起步阶段,还需要更多学者的加入并开展如下工作:1)不同种类库蠓的吸血习性;2)野生动物在库蠓携带病毒及其传播中的作用;3)库蠓的实验室养殖体系;4)对环境、牲畜及人类健康有益的蠓类防制产品。因此,未来我国需加快步伐,紧跟国际媒介昆虫研究的发展趋势,结合新理论、新技术,不断开展本领域的研究,为我国公共卫生领域建设提供科学、有效的信息。

利益冲突：无

引用本文格式：卢雪,向帅,周南灵,等.库蠓吸血习性及其携带病毒研究进展[J].中国人兽共患病学报,2023,39(9):900-911.DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2023.00.036