傳染性海綿狀腦病污染環境引發的風險

張茜茜， 周向梅， 趙德明， 楊利峰

(中國農業大學動物醫學院， 北京 海淀 100193)

傳染性海綿狀腦病(TSEs)又稱朊蛋白疾病(Prion diseases)，是一組能夠感染人和動物的慢性、致死性、神經退行性疾病。目前普遍認為是由體內正常的朊蛋白(PrPC)錯誤折疊成具有部分蛋白酶抗性的PrPSc引起的。該病可引起多種動物與人發病，如人類克雅氏病(Creutzfeldt-Jakob，CJD)、格氏病(Gerstmann-Scheinker，GSS)、致死性家族失眠癥(Fatal Familial insomnia，FFI)；引起動物的包括瘋牛病(BSE)、羊癢病(Scrapie)、鹿慢性消耗性疾病(CWD)和傳染性水貂腦病(TME)等[1]。該病主要引起中樞神經系統的病變，包括神經元空泡化、神經膠質細胞增生、異常折疊的朊蛋白蓄積和淀粉樣蛋白斑塊等。朊病毒能夠抵抗各種強理化因素的作用，經典的病毒滅活程序在朊病毒滅活中幾乎不起作用，因此，朊病毒可在環境中長期持續存在。本文主要概述了朊病毒可在體液及排泄物、植物、水環境、土壤、粉塵和野生動物等長期存留并且傳播，希望能夠引起對該病的重視，做到防患于未然。

1 體液與排泄物

動物傳染性海綿狀腦病主要的傳播途徑為水平傳播。近年來，有很多研究者發現，在CWD感染鹿的糞便、唾液和尿液及血液中均可檢測出朊病毒[2]。Haley和他的同事[3]收集5只病鹿的唾液和尿液分別接種兩組tg1536小鼠(一組9只)，并監測小鼠的臨床癥狀。在接種后370 d左右，接種凍干尿的小鼠中有2只的臨床癥狀與傳染性海綿狀腦病一致，而接種唾液的小鼠中有8只表現出神經癥狀。此外，也有研究者在變異型克雅氏病人(vCJD)的尿液中檢測出朊病毒[4]。已有研究表明，血液能夠傳播CWD朊病毒從而使幼鹿患病，所產生的潛伏期與自然感染的潛伏期基本一致[5]。此外，有人在母羊乳腺組織中測出朊病毒，并發現通過喂養患病羊的乳汁可以感染羔羊[6]。Nalls[7]等人在CWD朊病毒是否可以垂直傳播的試驗中發現，患病母鹿生產的所有未足月胎兒均未存活，而每個胎兒體內至少有兩個組織中含有朊病毒，將從胎兒組織中提取的朊病毒感染存活胎兒，存活胎兒在出生后幾天內死亡。他們同時發現，在患病母鹿妊娠早期，即可在胎兒體內檢測到朊病毒。這些研究結果表明，CWD患病動物體內的朊病毒可能會通過患病母體的后代進行垂直傳播，而且幾乎所有的朊病毒都具備此特性。

因此，朊病毒可通過尿液、糞便、唾液、血液、乳汁等排泄物及體液等水平傳播，除此之外，還可在母體和胎兒組織之間垂直傳播，并且可能在多代之間進行傳播。

2 植物

由于動物傳染性海綿狀腦病的主要自然宿主(羊、牛和鹿)是食草動物，因此，植物可能在朊病毒的傳播中發揮著重要作用。Pritzkow[8]等人將植物的根和葉在含朊病毒的腦漿稀釋液中浸泡16 h，腦漿稀釋液的濃度從10-1到10-8，試驗結果表明，即使是在高倍稀釋的腦漿中培養的植物根、葉，也可用PMCA(Protein Misfolding Cyclic Amplification)技術檢測出朊病毒，而且植物的根所結合的朊病毒比葉中還多。他們還用含朊病毒的植物經口飼喂倉鼠，試驗中攝入含朊病毒的葉和根的所有金黃地鼠都表現了典型的朊病毒病癥狀。更重要的是，研究結果發現，朊病毒除了可以與植物結合并保持感染力之外，而且植物的根還可以從土壤中吸收朊病毒，并可將其從根部傳送到莖葉。此外，Pritzkow[8]還發現植物可以結合不同種屬的朊病毒如羊癢病、CWD和vCJD，由此證明，朊病毒與植物之間的相互作用是多種朊病毒的特征。植物是環境的重要組成部分，是包括人類在內的許多生物不可或缺的食物來源。這個研究結果對于人類和動物健康有重要意義。目前關于動物源性人類朊病毒傳播的主要觀點是食用或者接觸了患病動物，這個研究表明，植物也可能是朊病毒傳播的重要傳播媒介，也應包含在風險評估中。

3 水域環境

水域環境中有由細胞及其聚集體或細胞碎片等組成的有機物質，這些有機物質可能會以朊蛋白為核心包裹在朊蛋白周圍，保護朊病毒不失活或者僅少量失活。Alba[9]等人的研究中，BSE朊病毒在污水中的感染效價隨培育時間的延長而遞減，在培育9個月時毒力已降低近百倍，在培育近6年后，與未處理的朊病毒相比，感染效價降低1 000倍，為1.4×104，而在PBS中培育6年后只降低一個數量級。羊癢病朊病毒在污水與PBS中培育9個月感染效價均無顯著的變化，在PBS中培育8年，感染效價降低3個數量級，在污水中的數據由于接種物毒性而無法獲得，但數據表明，在PBS中培養時，羊癢病的穩定性比BSE好，因此，在污水中羊癢病的感染力也不會下降太多。此外，Maluquerde Motes[10]等人證明用Western Blot檢測出朊病毒在廢水和海水中存在2～4個月，Syreeta[11]等人的實驗同樣指出朊病毒在水中的減少表現為時間函數。

這些實驗結果雖然表明水環境中的朊病毒總體趨勢是在減少，然而含量減少是一個過程，它需要幾個月至幾年，甚至幾十年。水對于自然界中的生物來說是必不可少的，因此，水環境中朊病毒的凈化是控制傳染性海綿狀腦病傳播的重要途徑。

4 土壤與粉塵

土壤可以作為朊病毒在環境中的天然儲存場所。朊病毒與土壤顆粒結合后可以在多年內保留感染能力，實驗表明粘性土壤結合PrPhy(金黃地鼠型癢病株)的能力是砂性土壤的兩倍[12]，據估計在美國科羅拉多州北部CWD傳播的環境中，土壤表層粘粒含量每增加1%，自由放養的鹿慢性消耗病的患病幾率增加了8.9%[13]，此外，土壤中不同的礦物質及pH值均會影響其結合朊病毒的能力。土壤中長期保存并傳播朊病毒，使得易感動物及其他物種在生存環境中面臨極大的威脅。

農場內飼養的動物曾感染羊癢病，多年后農場依然是一個潛在的感染源。Gough[14]和他同事的實驗數據表明，受污染農場內羊癢病可靠粉塵在空氣中傳播。他們用sPMCA檢測到70 d內所收集的粉塵中含羊癢病朊病毒，此外，在距羊癢病污染場所30-60 m的牧場中也可在粉塵中檢測到朊病毒。盡管嚴格消除污染，然而健康羔羊在接觸到曾經的朊病毒環境仍然會感染的現象或許可以用粉塵攜帶朊病毒在空氣中傳播來解釋。用sPMCA檢測粉塵中的朊病毒及它們在空氣中的傳播是一個新的思路，對于羊癢病在污染場所內朊病毒的傳播有重要意義。農場內粉塵中朊病毒的流通性和積聚可能會妨礙到朊病毒污染區域的有效凈化。雖然粉塵中朊病毒的來源仍未知，但是有理由假設，一旦朊病毒通過體液或者排泄物等各種途徑進入粉塵，粉塵作為移動的朊病毒儲庫，會將朊病毒傳播的范圍擴大。該研究同時說明粉塵中朊病毒的存在使得該類疾病的控制更加困難。

5 野生動物

郊狼灌胃CWD朊病毒感染的腦組織稀釋液，3 d后用郊狼糞便感染小鼠，小鼠患病。該實驗中，朊病毒經過郊狼胃腸道消化雖不使郊狼患病，但其排泄物進入環境中仍然具有感染能力，同時也說明哺乳動物可能會有助于CWD朊病毒在環境中的傳播[15]。Fischer等人[16]用20只烏鴉經口感染羊癢病腦漿4 h后收集的糞便感染小鼠，實驗中所有接種羊癢病腦勻漿的小鼠(9/9)和從患癢病羊的腦勻漿喂服烏鴉后，采集的糞便進行接種的小鼠(66/84)，表現出明顯的臨床癥狀和Western Blot檢測呈陽性，說明烏鴉的消化系統不能消除朊病毒的感染性，排泄物朊病毒仍具有感染性?？梢酝茢嗍掣B類，如烏鴉，禿鷲和鷹等可能在傳染性海綿狀腦病的傳播中發揮重要作用。由于血液中也含有朊病毒，由此推斷昆蟲也可能是該病在自然界中傳播的媒介之一。在實驗條件下接種CWD朊病毒能夠使松鼠猴患病[17]。和朊病毒易感動物共享棲息地的生物具有很大的風險，如郊狼、美洲獅和其他野貓等天敵，還有食用鹿尸體的狗、貓、浣熊、臭鼬、水貂、狐貍、鼠、鷹、貓頭鷹和烏鴉等動物。

野生及腐食動物大部分會因季節、食物等因素變化而遷徙，它們活動范圍大，極難控制，而且飛禽等生物可能會途經人類聚集區導致它們除了會對野生環境造成污染外也會將病毒傳入人類生活區，或許不會發病，但成為朊病毒的被動載體從而傳播朊病毒，擴大朊病毒的存在場所從而危及人類。

6 生物制品

牛羊肉不僅是人類重要的食物來源，而且化妝品、醫藥及飼料等工業也多使用牛羊源性產品。馬貴平等人[18]關于來源為牛羊產品的化妝品傳播瘋牛病的風險評估中，從理論上證明化妝品可能會傳播BSE朊病毒，并指出高度危險性如腦及脊髓等來源物質是禁止用于化妝品成分或添加劑，像動物油脂及衍生物、膠原物質及明膠等中度危險物質應在加工制作過程中嚴格把關，而低危險性物質如羊毛脂等可以使用。Berger所做的關于動物源性藥物的市場調查中，54%的樣本(包括人用藥和獸用藥)中含有動物組織或器官，其中也包括多種牛羊源性的可疑風險物質[19]。牛骨廣泛用于牙科和骨科手術中，Kim[20]等人發現牛源性可移植材料可能會將朊病毒傳播給病人，建議禁止牛骨的使用。鹿茸在我國是名貴的中藥材料，有諸多功效，應用范圍極廣，有人在鹿茸中也檢測出朊病毒[21]，除此之外，牛羊源性的生物制品廣泛存在于我們的日常生活中，必須加強這類產品的生產檢驗及監督。

醫源型克雅氏病主要由人工硬腦膜移植和人垂體生長激素治療造成，少量的病例是由神經外科器械污染[22]。該類型克雅氏病的潛伏期可以通過特定手術程序進行估算：人硬腦膜移植平均潛伏期是12年，人生長激素發病與治療時間有關，有時會持續多年，但平均時間是17年。該類型的克雅氏病已在21個國家發現，日本的病例多與硬腦膜移植有關，而生長激素病例中超過一半來自法國，可能是由于生產過程中污染所致。而變型克雅氏病則可通過輸血傳播，其潛伏期是3～8年[23]。

因此，在捐獻的人體器官或血液中監測是否有PrPSc的存在顯得十分必要，而且對于醫療器械無污染處理也很重要。

7 結語

早期人們假設瘋牛病是羊癢病朊病毒的變型，因此堅定的認為瘋牛病不可能傳播給人類。然而，1995年在英國首次發現，瘋牛病朊病毒傳播給人類導致變型克雅氏病[24]。因此，雖然現在的很多實驗[25]都證明存在種間屏障，但我們依然無法明確的宣稱其他動物朊病毒對人類沒有威脅，朊病毒疾病的發展處于動態變化中，物種間通道可能會使之很快適應新的宿主[26]。除了這些朊病毒本身的理化特性外，它們可以通過患病動物的體液及排泄物傳播到環境中，使接觸的同種群動物患病或成為帶毒體，使得傳染性海綿狀腦病在種群間肆虐。朊病毒可以與植物結合，在植物根莖葉中運輸并可感染食用動物。最近有研究表明,植物中存在的LD蛋白(Luminidependens)，是一種朊病毒樣蛋白，它可能在控制植物的春化與開花的表觀遺傳中發揮作用[27]。而且植物也可以成為朊病毒的載體，對農業的發展和人類的健康都帶來了潛在的風險和危害。水域及野生動物由于其流動性及活動范圍之廣，一旦從某一個環節中被朊病毒侵入，造成的危險是持續蔓延的，而且對它們的控制措施也極難實施。2016年9月22日，農業部和質檢總局發出公告，有條件解除對美國30月齡以下剔骨牛肉、帶骨牛肉的禁令，允許符合中國追溯體系要求和檢驗檢疫要求的美國牛肉對華出口。該公告的公布將會要求我國對于傳染性海綿狀腦病的監督與控制應該更加嚴格。朊病毒在環境中長久存在且會持續感染，使得從源頭控制該病毒，盡可能的切斷或減少朊病毒的傳播途徑，對防止其感染人類和其他動物都具有極其重要的意義。