貓杯狀病毒分離株VP1基因序列與致病性分析

劉 健，白藝蘭，李 鑫，桂亞萍，鞠厚斌，龔國華，夏爐明，陳偉鋒，朱曉英，常曉靜，李增強，唐聰圣，王 建，趙洪進

(上海市動物疫病預防控制中心，上海 201103)

貓杯狀病毒(feline calicivirus，FCV)屬于杯狀病毒科、水皰疹病毒屬，是一種引起貓科動物口腔與上呼吸道疾病的重要病原。FCV呈世界性分布，在貓科動物中具有高度傳染性，貓及老虎、獵豹等野生貓科動物均易感。FCV主要臨床癥狀表現為鼻炎、結膜炎、急性口腔潰、肺炎、慢性胃炎和跛行等。近年來，由于FCV高度的變異性產生的強毒株可引起嚴重、急性、致死性全身性疾病，死亡率高達50%，癥狀可表現為潰瘍性皮炎、急性關節炎、腸炎、流產以及跛行等全身感染，對貓及貓科動物造成嚴重威脅。

FCV全基因組由3個開放性閱讀框(open reading frame，ORF)組成，其中，ORF2基因編碼結構蛋白1，按功能域ORF2又可劃分為A、B、C、D、E和F 6個區。C和E區變異性較大，特別是E區包含鑒別VS-FCV的特征性氨基酸突變位點，變異最為明顯，也是早期疫苗免疫失敗的重要原因。為了進一步了解FCV在上海地區流行狀況及其遺傳變異和演化方向，本研究從2021年1月—3月，從上海地區上呼吸道癥狀貓的病料中分離鑒定得到13株FCV，對其1基因進行遺傳演化分析，豐富了國內FCV分離株的基礎數據，也為該病毒強毒株的篩選和疫苗研究提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及處理

從上海市中心城區寵物醫院收集了17份具有上呼吸道癥狀患貓的眼結膜、口咽和鼻黏膜拭子樣品，記錄患貓的年齡、貓三聯滅活疫苗免疫情況、主要臨床癥狀(表1)。將采集的拭子加2 mL PBS緩沖液浸泡后，用0.22 μm微孔濾膜過濾，-20 ℃保存備用。

表1 臨床樣品采集的詳細信息Table 1 Details of the clinical samples

1.2 細胞和主要試劑

F81細胞(貓腎傳代細胞)由上海市動物疫病預防控制中心獸醫實驗室保存。貓三聯滅活疫苗(貓鼻氣管炎、嵌杯病毒病、泛白細胞減少癥)(批號：D286389A)購自碩騰(上海)企業管理有限公司；DMEM細胞培養液(批號：2126865)、0.25%濃度胰酶消化液(批號：2042303)均購自GIBCO公司；胎牛血清(批號：2418)購自Sigma公司；核酸提取試劑盒(批號：MDII14-01)購自Magen公司；PrimeScriptRT-PCR Kit(批號：AJ62323A)、LA PCRKit Ver.2.1(批號：AK5301)、Prime ScriptOne Step RT-PCR Kit Ver.2(Dye Plus)(批號：AKE0559A)購自寶生物工程(大連)公司；貓皰疹病毒1型熒光PCR檢測試劑盒(批號：FHV20210504)、貓細小病毒熒光PCR檢測試劑盒(批號：FPV20210604)購自上海爾創生物科技有限公司。

1.3 病料的RT-PCR鑒定

吸取50 μL上述處理的樣品，貓三聯滅活疫苗作陽性對照，陰性拭子作陰性對照，提取總RNA，依據參照文獻[6]合成引物：上游引物FCV-JCF：5′-GCCTCAAACATTAGGAGTGC-3′；下游引物FCV-JCR：5′-CCCTGGGGTTAGGCGCAG-3′，擴增片段為420 bp，引物由上海桑尼生物科技有限公司合成。按照文獻[6]的方法進行RT-PCR擴增，1%瓊脂糖凝膠電泳分析，將出現預期目的片段的RT-PCR產物送上海桑尼生物科技有限公司進行測序，測序結果用NCBI中的BLAST工具進行比對分析，確認是否為FCV基因序列。同時將FCV陽性的樣本接種F81細胞，進行病毒的分離培養。

1.4 病毒分離

F81細胞常規消化傳代，待長成單層且貼壁率達到90%時，將細胞按照1∶3的比例消化傳代，同時將上述病料同步接種到細胞中，37 ℃，5% CO濃度培養箱中培養，每6 h觀察細胞病變1次，70%細胞出現細胞病變、圓縮和脫落時，將培養液凍融3次，收集細胞上清。

1.5 病毒鑒定

1.5.1 FCV1基因的擴增 依據參考文獻[4]合成FCV1基因全長擴增引物，FCV-VP1上游引物：5′-ATGTGCTCAACCTGCGC-3′；FCV-VP1下游引物：5′-TCATAATTTAGTCATTGAGCTCCT-3′。FCV1基因序列全長2 007～2 010 bp，引物由上海桑尼生物科技有限公司合成。體系總體積為50 μL：PrimeScriptRT-PCR Kit buffer 25 μL，Enzyme Mix 2 μL，上、下游引物(濃度均為10 μmol·L)各1 μL，RNA模板1 μL，雙蒸水補至50 μL。反應條件：50 ℃反轉錄30 min；94 ℃預變性2 min；94 ℃變性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min，30個循環；72 ℃延伸10 min；4 ℃ 保存。取5 μL RT-PCR擴增產物經1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定，陽性RT-PCR產物送上海桑尼生物科技有限公司進行測序。測序結果用NCBI中的BLAST工具進行比對分析，確認是否為FCV的1基因序列。

1.5.2 形態學鑒定 將分離病毒株第3代培養物接種F81細胞，待70%細胞出現CPE后反復凍融3次收毒，將收獲的細胞液凍融3次后，10 000 r·min離心1 h，除去細胞碎片，隨后上清液與終濃度為10%的聚乙二醇8000(PEG8000)混合過夜。在4 ℃下12 000 r·min離心2 h后，用Tris緩沖鹽溶液(TBS)重懸，經2%磷鎢酸負染后進行透射電鏡觀察。

1.5.3 外源病毒檢測 對13株分離株進行貓皰疹病毒1型(FHV-1)和貓細小病毒(FPV)兩種外源病毒檢測。根據貓皰疹病毒1型熒光PCR檢測試劑盒和貓細小病毒熒光PCR檢測試劑盒要求，對分離病毒株第3代培養物進行FHV-1和FPV熒光PCR檢測。

1.6 構建遺傳演化樹

分別參照國內外FCV強毒株、經典株和疫苗株1基因序列(表2)，利用MEGA 6.0和DNAStar v7.1軟件構建FCV1基因遺傳演化分析樹，并分析其序列特征。

表2 FCV VP1參考序列Table 2 Reference strains of FCV VP1 gene

1.7 分離致病性試驗

1.7.1 分離株有限稀釋純化 將FCV-SH202101和FCV-SH202113分離病毒株第3代培養物用細胞培養液進行10倍的倍比稀釋，共稀釋11個稀釋度，將稀釋液與消化好的細胞懸液按照體積比1∶3加入至6孔板中，第12孔加細胞懸液作陰性對照，每孔體積為2 mL。37 ℃，5% CO濃度培養箱中培養，每6 h觀察細胞病變1次。待70%細胞出現細胞病變、圓縮和脫落時，收獲出現細胞病變的最大稀釋度孔的上清進行二次有限稀釋純化，共稀釋純化6次，測定純化后病毒液的TCID，-80 ℃保存備用。

1.7.2 攻毒試驗 將6只健康中華田園貓(3只2～3月齡幼貓，3只2歲左右成年貓，均未免疫過貓三聯滅活疫苗)分為A組、B組和對照組，每組均為2只，包括1只幼貓和1只成年貓。A和B 組貓均采用滴鼻和口服方式分別接種10TCID·mL的FCV-SH202101和10TCID·mL的FCV-SH202113分離株病毒液，接種劑量為滴鼻和口服各1 mL·只；對照組貓接種相同劑量的DMEM細胞培養液。不同感染組隔離飼養，自由采食、飲水，每日監測貓的臨床癥狀和死亡情況，同時采集眼、口、鼻拭子用于排毒情況的檢測。

2 結 果

2.1 病料的RT-PCR檢測

17份病料經FCV RT-PCR擴增，其中，編號為BD20210104-2～BD20210104-8、BD20210112-1、BD20210127-1、BD20210804-1、BD20210804-3～BD20210804-5的13份樣品擴增產物經凝膠電泳檢測顯示，在420 bp左右出現與預期目的產物大小一致的目的條帶，部分病料樣品的擴增結果見圖1。

M. DL2000 DNA相對分子質量標準；1～4. RT-PCR陽性病料樣本；5～8. RT-PCR陰性病料樣本；9. 陽性對照；10. 陰性對照M. DL2000 DNA marker; 1-4. RT-PCR positive samples; 5-8. RT-PCR negative samples; 9. Positive control; 10. Negative control圖1 部分病料FCV RT-PCR檢測結果Fig.1 FCV RT-PCR detecting results of part samples

將13份樣品的RT-PCR產物進行測序，測序結果在NCBI中進行BLAST比對分析，確認13個序列均為FCV的基因序列，表明13份樣品均為FCV陽性。

2.2 陽性病料接種F81細胞

13份FCV陽性病料接種F81細胞，盲傳3代，第3代細胞培養物接種F81細胞24 h，均產生CPE，細胞出現圓縮、拉絲、聚集現象，然后脫落、漂浮在細胞維持液中(圖2)。

A.接種BD20210104-2第3代細胞培養物的F81細胞；B.陰性對照A. F81cells inoculated the 3rd generation cell culture of BD20210104-2; B. Negative control圖2 接種BD20210104-2第3代細胞培養物24 h后F81細胞病變結果Fig.2 CPE of the 3rd generation cell culture of BD20210104-2 in F81 cells at 24 h

2.3 FCV VP1基因的擴增

將13份病毒上清液提取RNA，進行FCV1 RT-PCR擴增，產物經瓊脂糖凝膠電泳檢測后得到約2 000 bp大小的條帶，與預期2 007 bp大小一致(圖3)。測序結果拼接后，得到13株FCV的1全基因序列，將13株病毒1基因序列在NCBI中進行BLAST比對分析，確認13株序列均為FCV的1基因序列，表明13株分離株為FCV，分別命名為FCV-SH202101～FCV-SH202113。

M. DL2000 DNA相對分子質量標準；1～13. FCV VP1 RT- PCR陽性產物M. DL2000 DNA marker; 1-13. FCV VP1 RT- PCR positive products圖3 FCV VP1 RT-PCR結果Fig.3 FCV VP1 RT-PCR detecting results

2.4 形態學觀察

FCV-SH202101株F81細胞第4代培養物經電鏡負染觀察可見無囊膜，呈圓形、橢圓形等形態，直徑30～40 nm的病毒粒子(圖4)，與杯狀病毒粒子形態特征相符，表明分離株病毒為FCV。

圖4 FCV-SH202101病毒粒子電鏡圖Fig.4 Electron microscopy image of isolated FCV-SH202101 strain

2.5 分離株外源病毒檢測

對13株FCV分離株進行FHV-1和FPV兩種外源病毒熒光PCR檢測，結果均為陰性。

2.6 FCV VP1同源性及遺傳演化分析

2.6.1 分離株與國內外參考株1基因同源性及遺傳演化分析 將13株FCV分離株與國內外參考株1基因進行同源性分析。結果顯示，13株上海分離株之間的核苷酸序列相似性為74.3%～99.8%，其中，FCV-SH202103株與FCV-SH202104株相似性最高，為99.8%；FCV-SH202108株與 FCV-SH202111株相似性最低，為74.3%。與國內外強毒株相似性為73.8%～82.9%，其中，FCV-SH202113株與FCV-5株相似性最高，為82.9%；與國內外經典株相似性為73.4%～80.1%，氨基酸序列分析顯示，FCV-SH202102株與FCV-YH-16株的相似性高達91.9%，FCV-SH202108株與FB-NJ-13株的相似性最低，為82.1%；與疫苗株相似性為73.2%～79.8%，氨基酸相似性FCV-SH202103株與F4株高達89.4%，FCV-SH202102株與F4株最低，為82.7%。

遺傳演化樹分析顯示，13株分離株分布于3個分支，FCV-SH202108株與上海分離株SH/2014遺傳關系較近，FCV-SH202103、FCV-SH202104和FCV-SH202112遺傳關系較近，與國外參考株和疫苗株處于同一分支；FCV-SH202113株與強毒株FCV-5遺傳關系較近，處于同一分支；其余毒株與國內參考株處于同一分支，且FCV-SH202101、FCV-SH202102、FCV-SH202106、FCV-SH202107、FCV-SH202109和FCV-SH202110遺傳關系較近(圖5)。

▲表示分離毒株▲stands for isolated strain圖5 分離株與參考株VP1基因序列遺傳演化樹Fig.5 Maximum-likelihood tree based on VP1 gene of isolated strains and reference strains

2.6.2 VS-FCV特征性氨基酸分析 以部分E區(426—461 aa)分析的具有VS-FCV突變特征氨基酸位點為依據，確定430、438、443、448、452、455和458為VS-FCV特征性氨基酸位點(圖6)。結果表明5株分離株與VS-FCV有6個位點吻合，7株分離株有5個位點吻合，1株分離株有4個位點吻合(表3)。

表3 FCV VP1蛋白部分E區強毒株特征性氨基酸位點分析Table 3 VS-FCV characteristic amino acid sites analysis of partical E region in VP1 protein

圖6 VP1蛋白部分E區的氨基酸比較圖Fig.6 Comparison of amino acid sequences of partical E region in VP1 protein

2.7 分離株致病性試驗

2.7.1 病毒液TCID的測定 測定FCV-SH202101株和FCV-SH202113株細胞半數感染量分別為10和10TCID·mL。

2.7.2 感染貓的臨床癥狀 FCV202101株和FCV2021131株感染中華田園貓后，48 h內幼貓陸續出現杯狀病毒上呼吸道癥狀，如眼屎增多、氣喘、咳嗽等，體溫最高升至39.5 ℃，5 d后幼貓均瀕臨死亡。A組成年貓1周后出現眼屎增多現象，11 d后貓瀕臨死亡；B組成年貓1周后無明顯的臨床癥狀，2周后出現臨床癥狀，精神沉郁、不食、發燒、眼屎大量增多，18 d后死亡。

2.7.3 感染貓的排毒情況 每日采集不同感染組貓的眼、鼻、口拭子，利用RT-PCR方法檢測其排毒情況(表4)，結果表明，FCV202101株和FCV2021131株感染貓3 d后，可持續從眼、鼻、口拭子中檢測到FCV。

表4 貓感染FCV后排毒情況Table 4 Virus shedding of cats after FCV infection

2.7.4 感染貓的發病與死亡情況 FCV202015株和FCV202031株感染貓后，均可導致試驗貓的發病和死亡(圖7)，對幼貓具有較強的致死性，且病程短、發病急，對成年貓也具有致死性，但病程長短不一。

圖7 試驗組貓感染FCV后存活率Fig.7 Survival rate of cats after FCV infection

3 討 論

近年來，隨著國民生活水平的逐步提高，上海市貓寵呈逐年上升趨勢，已逐漸成為寵物市場的主流。在貓的傳染病病例中，貓杯狀病毒感染病例占1/3以上。本研究對17例呼吸道癥狀的貓病例進行貓杯狀病毒的分離，經過細胞病變、1測序、病毒電鏡觀察，13株分離株都鑒定為FCV，陽性率達到76.47%，與周孟云等在杭州寵物貓中調查的結果基本一致，表明上海市具有呼吸道癥狀的寵物貓杯狀病毒感染比較普遍。

由于FCV的RNA聚合酶缺乏校正功能，導致其基因組頻繁變異，當出現VS-FCV時，就可能導致疫苗失去保護力。美國的Pedersen等首次報道在1998年采集的樣品中發現了VS-FCV，2003年英國及2009年法國也暴發過疫苗免疫的成年貓感染VS-FCV，2013年Velasco等報道了西班牙暴發VS-FCV，2018年郭慧敏等首次報道了VS-FCV在我國流行。上海地區13株FCV分離株之間的1核苷酸序列相似性為74.3%～99.8%，與國內外參考株的核苷酸序列相似性為73.2%～80.1%，氨基酸相似性82.7%～91.9%，其中與疫苗株的核苷酸相似性只有73.2%～79.8%，氨基酸的相似性為82.7%～89.4%，分離株1核苷酸序列和氨基酸序列相似性均不高，符合FCV易突變的特征。遺傳演化樹顯示，2株分離株與強毒株處于同一分支，8株分離株與國內經典株處于同一分支，3株分離株與國外經典株親緣關系較近，研究表明，上海市主要流行株可能來自國內北方地區，少數毒株來自國外，與劉春國等研究結果一致，表明上海市FCV起源于不同祖先，其遺傳存在生物多樣性。雖然Smith等認為FCV-F9疫苗株仍然能夠預防FCV的感染，但是遺傳演化樹顯示，本市分離株與疫苗株遺傳關系較遠，可能是當前疫苗對貓的免疫效果不佳的主要原因。

分離株與國內強毒株SH2014(Shanghai)株相似性為74.7%～77.4%，與國外強毒株相似性為73.8%～82.9%。分離株與強毒株同源性雖然不一致，但是僅從核苷酸和氨基酸序列同源性上并不能將經典FCV與VS-FCV株區分出來。遺傳演化樹顯示，FCV-SH202108株和FCV-SH202113株與強毒株遺傳關系較近，其中，FCV-SH202113株與FCV-5處于同一分支，FCV-SH202108株雖然與經典株LS015處于同一分支，但同時與強毒株FCV-George Walder、FCV-Jengo、FCV-Kaos、UTCVM-H1、SH2014(Shanghai)、UTCVM-H2遺傳關系較近，表明FCV-SH202108和FCV-SH202113株具有強毒株的可能。FCV1衣殼蛋白可分為A、B、C、D、E和F等6個區，其中E為超變區，有研究發現VS-FCV具有特征性氨基酸位點，Foley等對E區具有VS-FCV突變特征的氨基酸位點進行比較分析發現，430位、438位、443位、448位、452位、455位和458位aa可能與其致病性相關。對E區中7個可能的強毒株特征性氨基酸位點分析，發現FCV-SH202101、FCV-SH202102、FCV-SH202107、FCV-SH202109和FCV-SH202110株有6個氨基酸位點與已公開VS-FCV株吻合，而已報道的廣西株只有一個吻合位點。因此FCV-SH202101、FCV-SH202102、FCV-SH202107、FCV-SH202109和FCV-SH202110株也具有強毒株的可能。

從采樣宿主臨床癥狀、1進化樹和VS-FCV特征性氨基酸位點進行分析，選擇FCV-SH202101株和FCV-SH202113株進行動物感染試驗，研究表明，FCV-SH202101株和FCV-SH202113株感染中華田園貓后均可導致發病和死亡，病毒的潛伏期為1～2 d，接種后第3天即可檢測出排毒，不同年齡段貓的病程不一致，幼貓5 d后可導致死亡，成年貓病程可持續11～18 d，說明FCV-SH202101株和FCV-SH202113株可能為VS-FCV中國分離株，但VS-FCV的確診還需要進一步研究病毒復制病例各臟器FCV的分布和滴度、病理變化以及可否造成感染貓的群體性發病與死亡等。

4 結 論

本研究從臨床呼吸道癥狀貓分離到13株能在F81上形成CPE的病毒，經測序和電鏡觀察鑒定為FCV，1序列分析表明上海地區FCV流行株主要來自國內北方地區，少數毒株來自國外地區，動物感染試驗表明2株FCV具有VS-FCV致病性特征，為VS-FCV毒株的篩選提供了有力的證據，也為FCV疫苗的研究提供了技術支持。