肉牛羊消化道寄生蠕蟲耐藥性研究進展

李夢玥 , 賈旭晨 , 洪 煬 , 朱怡平 , 段云芳 , 庹世友 , 王子璇 , 李 靖,

(1. 中國農業大學動物醫學院 獸醫公共衛生安全全國重點實驗室 , 北京 海淀 100193 ; 2. 中國疾病預防控制中心寄生蟲病預防控制所(國家熱帶病研究中心) , 國家衛生健康委員會寄生蟲病原與媒介生物學重點實驗室 , 世界衛生組織熱帶病合作中心 , 國家級熱帶病國際聯合研究中心 , 上海 盧灣 200025 ; 3. 西藏自治區應急管理廳 , 西藏 拉薩 850011 ; 4. 喀什地區畜牧研究中心(安格斯牛研究中心) , 新疆 喀什 844000)

隨著集約化養殖體系的建立,肉牛羊生產中暴露的問題逐漸成為畜牧獸醫工作者研究的焦點,其中肉牛羊體內的寄生蟲問題越來越受重視。肉牛羊體內寄生蠕蟲主要位于胃腸道、膽管、膽囊和肺臟等部位,其中消化道寄生蟲的感染對肉牛羊生產效率的影響最大,主要包括血矛屬(Haemonchus)、古柏屬(Cooperia)、食道口屬(Oesophagostomum)、奧斯特屬(Ostergia)、仰口線蟲屬(Bunsostomum)和細頸屬(Nematrodirus)等。有研究表明,歐洲每年因反芻動物感染蠕蟲造成的經濟損失高達19億歐元,其中消化道寄生蟲感染占比最大,占總體經濟損失的38%[1]。在肉牛羊養殖中,常用大環內酯類、苯并咪唑類和咪唑噻唑類驅蟲藥物對體內寄生蟲病進行預防和治療[2]。由于驅蟲藥物的長期使用,導致了體內寄生蟲的驅蟲藥物耐藥性(Anthelmintic resistance,AR)問題,成為如今控制反芻動物消化道寄生蟲的主要難點[3]。

為了延緩反芻動物AR的產生,在寄生蟲耐藥機制、耐藥性檢測方法和緩解措施方面已有較多研究,但目前國內在肉牛羊AR方面的相關研究還較少。本文概述了目前國內外肉牛羊消化道寄生蠕蟲耐藥性的現狀、產生機制和影響因素、檢測方法,以及減緩耐藥性的可行性措施,為精準高效進行耐藥性檢測和逐步減緩肉牛羊消化道寄生蠕蟲耐藥性提供依據,從而提升肉牛羊科學健康養殖水平,進一步推動肉牛羊產業高質量發展。

1 耐藥性的現狀

消化道寄生蟲對驅蟲藥物產生耐藥性已在世界范圍內得到證實,于小反芻獸中首次發現[4],隨后有研究表明,肉牛消化道寄生蟲也存在耐藥性。由于大環內酯類藥物的驅蟲效果顯著,因此長時間作為國內外最常用的寄生蟲病預防和治療藥物,但研究發現,美國肉牛消化道中古柏屬和血矛屬寄生蟲對大環內酯類藥物已普遍存在耐藥性,且具有大環內酯類藥物耐藥性的寄生蟲對肉牛的養殖有顯著的影響[5]。隨后,在實際生產中,左旋咪唑和苯并咪唑類藥物替代了部分大環內酯類藥物,但研究人員通過分子檢測發現,肉牛羊體內的血矛屬寄生蟲普遍存在苯并咪唑類藥物耐藥性[6],奧斯特屬寄生蟲對芬苯達唑的耐藥性也得到證實[7]。氨基乙腈衍生物(莫奈太爾)作為新型驅蟲藥在部分國家被批準使用,有效控制了牛群中具有大環內酯類和苯并咪唑類藥物耐藥性的消化道寄生蟲[8]。2019年,H?glund等研究發現,羊血矛屬寄生蟲對莫奈太爾出現耐藥性[9]。2020年,Rose等對1990—2020年30年間歐洲16個國家中反芻動物驅蟲藥耐藥性進行分析,發現古柏屬和奧斯特屬寄生蟲耐藥性出現頻率較高,經計算牛群中不同類藥物耐藥性占總體耐藥的比例為大環內酯類約59%,咪唑噻唑類約12%,苯并咪唑類約8%[10]。巴西、北美、澳洲等地也報道了3類驅蟲藥物在牛群中產生耐藥性的現象,并且發現牛群中AR的發生率逐年升高[6,11,12]。國內鄂爾多斯地區的一項研究發現,綿羊和牛胃腸道線蟲的AR發生率分別為38.84%和4.48%,且對阿維菌素和阿苯達唑的耐藥性普遍存在[13]。

綜上所述,肉牛羊AR已經成為全球性問題。通常情況下,集約化養殖的動物在使用驅蟲藥物后,寄生蟲性胃腸炎的臨床癥狀沒有得到緩解,才會發現AR的存在,但此時AR基因頻率已經在消化道寄生蟲中達到較高水平[7]。AR可直接影響肉牛羊的健康,導致動物采食量下降,胴體體重下降,并發生消化道疾病等問題,給養殖業造成嚴重的經濟損失[14]。在環境方面,AR的存在可導致藥物使用時間延長、藥物使用劑量增加,可能會對周圍的土壤和水體造成污染,并對周圍無脊椎動物和水生動物的生物多樣性造成潛在危害[15]。

2 耐藥性的產生機制和影響因素

AR產生的實質是耐藥基因頻率的改變。高頻使用驅蟲藥物對肉牛羊體內的多種消化道寄生蟲造成了巨大的生存壓力,大部分寄生蟲在藥物作用下被殺死,少部分因遺傳信息變化而逃避驅蟲藥物的作用。遺傳信息變化包括特定基因的突變、缺失、擴增以及改變啟動子或DNA甲基化影響基因表達水平,從而逃避藥物作用。變化后的基因稱為耐藥基因,其可通過改變驅蟲藥物受體、調節體內代謝和使寄生蟲獲得活體解毒等機制,使寄生蟲逃避藥物作用而獲得耐藥性。如寄生蟲β-微管蛋白基因F200Y、E198A、E198L和F167Y位點的突變使苯并咪唑類藥物與原分子靶點無法結合,對細胞有絲分裂的抑制作用消失,從而喪失對寄生蟲的殺滅作用[16]。耐藥基因是漫長進化過程中基因突變的結果,原本群體中耐藥基因占比極少,但在高強度的藥物篩選環境下,無耐藥基因的蟲體數量迅速減少,含耐藥基因的蟲體占比迅速增加。在長時間用藥后,大部分動物體內的消化道寄生蟲都攜帶耐藥基因,從而表現出對原劑量驅蟲藥物不敏感的現象。

影響AR形成的因素包括寄生蟲群體中耐藥基因的初始頻率、驅蟲藥物的使用頻率和驅蟲藥物的不足量使用[17]。首先,如果消化道寄生蟲群體中耐藥基因初始頻率較高,加之驅蟲藥物的選擇作用,該耐藥基因所對應的驅蟲藥物的效果將大幅下降;其次,驅蟲藥物的高頻使用也是加速AR形成的重要因素,頻繁驅蟲會使AR形成得更快;第三,在驅蟲藥物劑量使用不足的情況下,無耐藥基因的純合子被消除,擁有耐藥基因的雜合子和純合子個體在篩選中存活下來并大量繁殖,隨后耐藥基因頻率大幅度上升,也會導致AR問題逐漸嚴重。

3 耐藥性的檢測方法

耐藥性檢測不僅可以及時發現驅蟲藥物藥效的下降和耐藥性的產生,還可對后期的治療方案進行優化,以節省治療成本,縮短治療時間。目前,肉牛羊體內消化道寄生蠕蟲耐藥性的檢測方法主要包括糞便蟲卵減數試驗(Faecal egg count reduction test,FECRT)、體外檢測試驗和分子檢測等。

3.1 FECRT FECRT是評估驅蟲藥藥效和AR的主要依據。該方法于1992年由Coles等在世界獸醫寄生蟲學促進協會(World Association for Advancement of Veterinary Parasitology,WAAVP)中首次提出,通過對比動物在治療第0天和第14天糞便中蠕蟲產卵量的變化,來評估驅蟲藥物的藥效[18]。FECRT方法簡單、易于操作,并且能同時評估不同驅蟲藥在同一動物上的藥效[19],但該方法易受消化道寄生蟲種屬差異、蠕蟲產卵抑制、宿主動物生理狀態和檢測藥物等因素的影響。雖然該方法存在檢測周期長、影響因素多的問題,但目前仍然是檢測AR最經典的方法,常用于對比分析新檢測方法的效果。

3.2 體外檢測試驗 體外檢測試驗主要是通過檢測蠕蟲發育各個階段對驅蟲藥物的敏感性,對寄生蟲AR水平進行評估。此方法局限性較大,對樣品儲存條件要求苛刻,1次僅能檢測1種藥物的耐藥性,并且對檢測人員技術水平要求高[20]。目前,體外檢測試驗沒有FECRT應用廣泛。

3.3 分子檢測 與上述表型檢測方法相比,分子水平檢測的準確性和敏感性更高。分子診斷測試可精準檢測藥物代謝相關編碼基因的遺傳差異。迄今為止,僅苯并咪唑類藥物耐藥性的分子檢測具有較高的準確性,其他藥物的耐藥性檢測候選基因與表型耐藥性之間的遺傳關聯性普遍較低[21,22],復雜的基因調控通路也給AR分子檢測方法的建立帶來一定困難。

4 減緩耐藥性的可行性措施

減緩AR可以從科學用藥、研發新型驅蟲藥物和加強飼養管理幾個方面開展工作。一方面可以減弱對寄生蟲的選擇壓力,將耐藥基因頻率的比例維持在較低水平;另一方面可以通過控制肉牛羊消化道寄生蟲的感染率,從根本上減少AR的發生。

4.1 科學用藥建立“避難所” AR的形成是反復使用驅蟲藥物的必然結果,對寄生蟲種群施加的選擇壓力,導致了耐藥基因型的出現,并使其最終占主導地位。為減緩反芻動物消化道寄生蟲AR的發生,可以參照國外學者在探究羊體內寄生蟲耐藥問題時提出的“避難所(Refugia)”理念,通過選擇性使用驅蟲藥物,使未經處理的宿主體內或環境中存在相對數量的對藥物敏感的寄生蟲,該方法可有效地控制群體中耐藥基因的占比,緩解AR帶來的不利影響[23]。在日常給藥時,可通過最大限度地減少寄生蟲與驅蟲藥物的接觸建立“避難所”,保護寄生蟲種群中的易感基因數量,稀釋種群中耐藥基因的占比[24]。實施“避難所”的最佳實踐策略是對肉牛羊進行靶向治療(Targeted treatments,TT)和靶向選擇性治療(Targeted selective treatment,TST),即根據量化指標判斷感染風險和個體感染情況,然后對感染相對嚴重的個體用藥[25,26]。“避難所”策略的最終目的是減緩AR的發展,延長驅蟲藥物的使用時間。

4.2 研發新型驅蟲藥物 為解決AR帶來的不利影響,亟需開發新型驅蟲藥物。最經典的方法是合成新的化合物,基因組學、蛋白質組學和代謝組學研究促進了基于識別靶點的藥物研發進程[27],但新活性分子的發現和藥物的開發過程復雜又漫長,且投入較大,獲批上市并應用于臨床治療進展緩慢,很難及時滿足當前產業需求。另一種方法是探索已有驅蟲藥物及其衍生物的聯合用藥方案。相比單一用藥,聯合用藥可更有效地防控消化道寄生蟲。但在聯合用藥前,應謹慎評估動物體內是否存在對所用藥物耐藥的寄生蟲,否則該方法將加速AR的形成[28]。

非常規驅蟲藥物也很有發展前景。研究發現,如氯丙嗪、帕羅西汀等部分神經調節藥物有一定的驅蟲效果[29]。相比研發新型藥物,此方法成本較低,且臨床數據更易獲得,可加快研發進程。天然植物產品也可用于驅蟲,如某些含有鞣酸的豆科植物和含有倍半萜內酯的菊科植物有麻痹寄生蟲幼蟲的明顯效果,但實際中的具體應用還需進一步研究[28]。

4.3 加強飼養管理 AR的出現說明不能僅靠驅蟲藥物來控制消化道寄生蟲,改善飼養管理更為重要。對可能出現的寄生蟲感染進行預判,可減少肉牛羊消化道寄生蟲的感染。獸醫和養殖人員對控制消化道寄生蟲和驅蟲藥物耐藥性的重視程度也需加強。獸醫和養殖人員應了解AR對養殖業的影響,普及驅蟲藥物的可持續性使用方法,定期檢查肉牛羊消化道寄生蟲的感染和耐藥情況,對不同群體的驅蟲方案進行個體化調整[30]。另外,可采取風險規避管理策略,通過研究天氣和其他環境特征的相互作用,確定該地區的寄生蟲感染風險,為有效控制肉牛羊消化道寄生蟲感染提供參考[31]。降低放養率或輪牧可降低寄生蟲感染風險,減少感染性第三期幼蟲與易感宿主之間的接觸,降低寄生蟲感染率[32]。

5 展望

近年來,世界范圍內肉牛羊消化道寄生蟲耐藥問題越來越嚴重,對畜牧業造成巨大經濟損失。一些國家已經在肉牛羊消化道寄生蟲耐藥性的現狀、產生機制、影響因素、檢測方法和緩解措施等方面進行了系統的研究,其中有許多檢測方法和減緩耐藥性的措施值得參考借鑒。目前,國內僅有少數報道對部分地區肉牛羊寄生蟲耐藥情況進行了小范圍調查。從現有的調研結果中可知,我國肉牛羊的寄生蟲耐藥問題有可能已經普遍存在。若不及時采取防范措施,肉牛羊消化道寄生蠕蟲耐藥情況將持續惡化,藥物防治效果將日益降低,可用藥物種類將逐步受限,導致寄生蟲病引起肉牛羊產業更嚴重的經濟損失。因此,基層獸醫和肉牛羊養殖人員應了解寄生蟲耐藥性的危害和緩解寄生蟲耐藥性的措施。在生產實踐當中,應遵循科學用藥原則,避免抗寄生蟲藥物的過度使用和濫用;在日常飼養管理中,應注意使用科學方法監測抗寄生蟲藥物的藥效變化,及時更新給藥方案;在科學研究工作中,需提高對寄生蟲耐藥問題的重視程度,積極調研各地區肉牛羊消化道寄生蟲耐藥性的數據,獲得最新的耐藥信息,思考探究有效的緩解措施。應將準確高效的耐藥性檢測方法與可持續的科學養殖模式相配合,減緩肉牛羊消化道寄生蟲耐藥性的形成和發展。