豬繁殖與呼吸障礙綜合征病毒的致病機理

游仁華 曾亮明 傅星源 福州大北農生物技術有限公司 福州 350014

豬繁殖與呼吸障礙綜合征是目前危害我國養(yǎng)豬業(yè)最嚴重的傳染病之一。本文就豬繁殖與呼吸障礙綜合征病毒致病機理方面的研究情況作一綜述，為診斷技術、免疫機理的研究、疫苗設計和疫病防制提供借鑒。

1 感染豬發(fā)病機制

PRRSV可以通過呼吸道、口腔或生殖道侵入機體，主要侵害豬肺部組織和淋巴結組織。病毒通過呼吸道首先與豬肺泡巨噬細胞(PAM)和肺血管巨噬細胞(PIM)上的受體結合［1］，經胞吞作用進入細胞。PRRSV在PAM中進行復制，造成PAM被大量破壞，并引發(fā)細胞凋亡［2］。感染豬的PAM顯著減少，其比例可由正常的90%降至50%甚至更少。在PAM中增殖的PRRSV還可轉移到局部淋巴組織的巨噬細胞和單核細胞內進一步增殖［3］。隨著PAM的大量崩解，PRRSV進入血液循環(huán)及淋巴循環(huán)，并在血液巨噬細胞和單核細胞內增殖，分布到全身各組織器官的巨噬細胞內，導致病毒血癥的出現(xiàn)及全身淋巴結的腫大和相應器官不同程度的損傷，病毒滴度迅速增加。

有試驗表明感染PRRSV后3～14 d內血液中的淋巴細胞及單核細胞顯著降低。接種后24 h可出現(xiàn)病毒血癥，平均持續(xù)約28 d，最長可達56 d，血清、淋巴結和肺臟中病毒滴度的最大峰值出現(xiàn)在第7～14 d。

隨著病毒在PAM、淋巴結等處的大量增殖，可在數(shù)小時至數(shù)天內造成肺、淋巴結的損傷和微循環(huán)障礙，血管通透性增強，血液中的部分液體成分外滲，造成血管周圍水腫［4］。主要表現(xiàn)為特征性間質性肺炎和淋巴結的腫大，支氣管壞死和肺的廣泛性出血，下頜淋巴結、腸淋巴結及扁桃體彌散出血及水腫，腦和脊髓實質出血［5-6］。在微循環(huán)障礙和肺循環(huán)障礙的聯(lián)合作用下，可能出現(xiàn)耳、四肢發(fā)紺等癥狀。這些變化與臨床所見的沉郁、厭食、體溫升高甚至死亡密切相關。

PRRSV還可感染公豬生殖系統(tǒng)，導致睪丸內精子數(shù)量減少，公豬表現(xiàn)繁殖性能降低，并通過精液將PRRSV傳染給母豬，引起母豬的繁殖障礙［7］。

目前，對感染PRRSV的懷孕母豬引起子宮內胎兒感染的機制仍未清楚，因抗體和病毒等大分子物質不能通過胎盤屏障，PRRSV可能由單核細胞和巨噬細胞攜帶穿過胎盤屏障，進入胎兒體內導致胎兒感染，從而引起妊娠后期母豬流產等繁殖障礙［8］。對繁殖母豬進行攻毒試驗，發(fā)現(xiàn)母豬感染PRRSV后可導致胎兒臍帶出血、擴張，呈現(xiàn)壞死性臍動脈炎病變，使得臍帶血管的正常血液循環(huán)受損，胎兒由于缺氧死亡。對流產胎兒進行病理組織學檢查發(fā)現(xiàn)，在血管周圍出現(xiàn)以巨噬細胞和淋巴細胞浸潤為特征的動脈炎、心肌炎和腦炎［9-10］。

2 細胞損傷機制

PRRSV在肺臟和淋巴組織巨噬細胞中的復制可以導致細胞損傷和臨床癥狀的出現(xiàn)，在體外細胞培養(yǎng)時也可以誘導細胞損傷和死亡［11-12］。PRRSV感染豬的肺和淋巴組織泛發(fā)細胞凋亡，凋亡同時發(fā)生在感染細胞和未感染細胞，但大部分凋亡細胞是未感染PRRSV的細胞［12-14］。引發(fā)細胞損傷的機制包括感染細胞的凋亡、鄰近非感染細胞的程序性死亡（間接凋亡）、誘發(fā)炎性細胞因子的產生、誘導多克隆B細胞的活化以及巨噬細胞噬菌和殺菌作用的減弱。

直接和間接凋亡是PRRSV感染過程中細胞死亡的主要原因。PRRSV復制導致抵抗和促進細胞凋亡通路的激活。在病毒感染早期，抵抗和促進細胞凋亡的平衡趨向抗凋亡，而在病毒復制后期，平衡趨向于促進細胞凋亡［15］。研究表明，在PRRSV感染Marc-145細胞后期，多達75%的感染細胞死于凋亡；并且證明病毒感染Marc-145細胞后誘導凋亡通過線粒體通路介導［16］。在病毒滴度較高的急性感染期，病灶附近只有一小部分的巨噬細胞被感染［9］，但卻有大量凋亡的單核細胞散在分布［7］。并且在感染PRRSV后10～14 d發(fā)生凋亡的單核細胞最多。這表明PRRSV可誘導與感染細胞相鄰的非感染細胞發(fā)生凋亡。

有人證明PRRSV的GP5蛋白可以誘導猴體外COS-1細胞系的凋亡，并且也可能是體內巨噬細胞凋亡的原因，表現(xiàn)為細胞收縮、DNA斷裂，最終導致細胞死亡。PRRSV誘導細胞間接凋亡的原因還不明確，可能是由于感染巨噬細胞分泌致細胞凋亡因子、活性氧或者一氧化氮導致的［12］。

3 PRRSV的復制和細胞受體

PRRSV是由受體介導的內吞作用入侵靶細胞［17-18］。研究表明，PAM表面存在三種PRRSV受體，唾液酸黏附素（Sn）［18-19］、硫酸乙酰肝素(HS)［18，20］和 CD163分子［21-23］。介導的過程分為兩個連續(xù)的步驟：M蛋白或M-GP5蛋白復合物結合靶細胞膜表面的硫酸乙酰肝素，然后病毒囊膜的唾液酸結合細胞膜的唾液酸黏附素［17，19］；CD163 可能協(xié)助唾液酸粘附素內吞、病毒脫衣殼和將基因組RNA釋放到細胞質中［24］。受體介導的內吞侵入病毒的脫衣殼過程發(fā)生在內質網，在該部位酸性環(huán)境激活病毒囊膜與內質網膜的融合，但也已有PRRSV與內質網膜直接融合的報道［25-26］。E蛋白被認為是包埋在病毒囊膜的離子通道蛋白，便于病毒在細胞漿內脫衣殼和釋放病毒基因組［27］。病毒由穿過光面內質網的出芽獲得病毒囊膜，成熟病毒粒子通過胞吐作用從細胞釋放出來［28］。

最近的研究結果表明，Marc-145細胞擁有與PAM細胞不同的膜受體。該受體能被GP5識別并結合，它不同于HS或Sn，而是一種未知的新受體。Marc-145細胞表面表達的一種波形纖維蛋白可能是PRRSV受體復合物中的一個重要組成成分，它在PRRSV結合宿主細胞的過程中發(fā)揮重要的作用。據(jù)推測，這種波形蛋白能與PRRSV的N蛋白結合而介導病毒的感染過程［29］。

目前，已經從感染豬體的多個臟器及組織中檢測到了病毒抗原或是病毒核酸，在肺臟和淋巴結中觀察到的數(shù)量最大，在心臟、腦組織、腎臟的內皮細胞或周圍的巨噬細胞、上皮生殖細胞、精細胞及血清、血漿、骨髓等其他組織的血管周和血管內巨噬細胞中也可以經常觀察到，說明PRRSV感染沒有組織限制。但在豬體內PRRSV增殖只發(fā)生在巨噬細胞、單核細胞和小神經膠質細胞［30-31］，其中PAM是病毒復制的主要靶細胞。小于6周齡的仔豬的PAM細胞是PRRSV感染最敏感的細胞，特別是尚未成熟的PAM細胞最適合PRRSV繁殖，這種對未成年豬PAM的偏好與PRRS嚴重發(fā)病常見于仔豬的情況相一致［9］。

4 免疫抑制

研究表明，PRRSV對豬的免疫系統(tǒng)具有免疫抑制作用。PRRSV在巨噬細胞內迅速增殖，導致豬只肺部細胞(包括肺泡巨噬細胞、血管內巨噬細胞和單核細胞等)發(fā)生凋亡（PRRSV除直接造成感染的肺泡巨噬細胞凋亡外，還通過釋放致細胞凋亡因子造成大量鄰近的非感染肺泡巨噬細胞的“旁觀者”凋亡），巨噬細胞比例明顯下降。同時，PRRSV還能降低肺泡巨噬細胞的功能，使PAM的非特異性吞噬作用減弱，釋放超氧負離子的能力降低，導致PAM依賴超氧負離子所發(fā)揮的非特異性殺菌作用的功能下降［32］。

許多研究表明PRRSV感染后Th2型細胞因子IL-10基因表達上調和蛋白產量增加，可以認為病毒通過調節(jié)IL-10表達對感染宿主免疫系統(tǒng)進行抑制。引起外周淋巴細胞中T細胞亞群發(fā)生異常改變，影響B(tài)細胞功能和體內細胞因子的產生［33-34］。有研究表明豬感染PRRSV后，血液白細胞總數(shù)和淋巴細胞數(shù)顯著下降，CD4+、CD2+和CD8+等T細胞亞基也短暫下降，而CD8+細胞的增殖對于清除病毒感染的靶細胞有重要作用［35］。

病毒迅速向局部淋巴器官、全身組織擴散，并在巨噬細胞和單核細胞持續(xù)繁殖、復制，淋巴結、淋巴小結和副皮質區(qū)及脾白髓都受到了廣泛性的破壞，機體粘液屏障保護力降低，體液免疫和細胞免疫能力降低，造成免疫抑制。增加了其它細菌或病毒感染的易感性［36］，并使疾病的癥狀加重，如PRRS患豬可繼發(fā)感染豬偽狂犬病、副豬嗜血桿菌病、豬鏈球菌病、豬圓環(huán)病毒2型等，這是PRRS常和其它疾病同時存在的根本原因。

5 抗體依賴性增強作用

抗體依賴增強作用（ADE）是PRRSV重要的生物學特征之一［37-38］。PRRSV在感染豬體內能誘發(fā)中和抗體的產生，但低滴度的中和抗體(亞中和水平抗體)不但不能有效清除血液中的病毒，反而與病毒形成病毒抗體復合物，增強了病毒的復制。

ADE的產生是由于GP5蛋白上的抗原表位誘導產生的中和抗體和PAM上存在的Fc受體互相作用的結果［39-40］。病毒借助抗體的Fc片段與Fc受體所在細胞(如PAM等)結合，促進病毒進入細胞而建立感染［39］。在妊娠后期的胎兒已出現(xiàn)主動免疫應答，產生的抗體對經胎盤感染的PRRSV出現(xiàn)ADE效應，這可能是PRRSV感染以妊娠母豬在懷孕后期流產為特征的主要原因之一［41］。

但另據(jù)報道，不同PRRSV分離株對ADE的敏感也不一樣，因此，ADE有可能促進某些病毒的增殖，而對另一些病毒則不起作用［42］。PRRSV的ADE現(xiàn)象在體內和體外都已被證實，在PAM培養(yǎng)物中加入一定滴度的PRRSV抗體，可使PRRSV增殖滴度提高10～100倍；在病毒中加入一定的PRRSV抗體，再注射妊娠中期的胎兒，結果致病性顯著高于單獨注射PRRSV，表明ADE對PRRSV的致病性有重要影響，也說明PRRSV抗體在不同水平時所起的作用完全不同，ADE妨礙了PRRSV的免疫防制和根除。

研究結果表明，PRRSV的ADE是由ORF5所編碼的26 ku囊膜糖蛋白E介導的，而這種糖蛋白也能誘導機體產生中和抗體，也許是在其誘導的抗體處于亞中和水平時產生了ADE效應［43］。

6 持續(xù)性感染

PRRSV的持續(xù)性感染是其流行病學的一個重要特點，即感染豬只體內病毒的持續(xù)性存在和污染豬場內感染豬群的持續(xù)性存在。病毒在豬體內持續(xù)存在，但不表現(xiàn)臨床癥狀，可持續(xù)數(shù)月甚至更長時間，豬群常通過各種機制如持續(xù)病毒血癥及單個豬只排毒的方式持續(xù)感染PRRSV達數(shù)年［44］。

持續(xù)性感染是PRRSV在豬群內長期存在的關鍵。研究結果表明，PRRSV引起的病毒血癥在豬群中可持續(xù)6～7周，甚至達16個月［45］。處于亞臨床感染的豬常伴有病毒血癥，這常被人們所忽視，盡管病毒血癥持續(xù)時間長短不一，但亞臨床感染的豬已成為PRRSV的主要攜帶者和重要的傳染源，不僅有向外界排毒的可能，且在孕后感染胎兒，產下病毒血癥的仔豬，感染健康豬，導致PRRSV在豬群中的循環(huán)傳播，成為PRRSV持續(xù)性感染的重要原因。

持續(xù)性感染與宿主因素、病毒因素等有關［46-48］。PRRSV能夠在體內持續(xù)感染，并長期存在的具體機制尚不清楚，但是在恢復期動物體內病毒持續(xù)存在的一個最主要因素是：宿主免疫系統(tǒng)無法啟動針對PRRSV的有效免疫保護反應。體液免疫雖然能提供一定的保護力，但其作用是有限的［49-50］。有人認為感染病毒的細胞發(fā)生凋亡是病毒逃避體液免疫的一個非常有效的機制。而且抗體水平在體內有一個消長的過程，據(jù)報道在暴發(fā)PRRS后不久，母豬的主動免疫力也在逐漸喪失，6個月后其體內的抗體水平已經相當?shù)汀Ｇ襊RRSV引起的免疫抑制，降低細胞免疫應答，破壞了免疫細胞對病毒的殺傷能力，使之逃避免疫系統(tǒng)的清除，造成長期病毒血癥和持續(xù)性感染［51］。

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