猪繁殖与呼吸综合征病毒免疫抑制研究进展

敬晓棋，孟建斌，高晓阳，冯 平，闫海龙，刘生耀，于鸿浩，胡军和，屈 雷＊

（1.榆林学院生命科学学院生命科学研究中心，陕西榆林 719000；2.神木县动物疫病预防与控制中心，陕西神木 739100）

猪繁殖与呼吸障碍综合征（Porcine reproductive and respiratory syndrome，PRRS）是由猪繁殖与呼吸障碍综合征病毒（Porcine reproductive and respiratory syndrome virus，PRRSV）引起的以母猪繁殖障碍和各年龄段猪呼吸系统障碍为特征的传染病［1］。20世纪80年代，PRRS在北美洲和欧洲先后出现，目前已在全世界范围内流行。PRRS在世界范围内的频繁爆发造成了巨大的经济损失，如PRRSV突变株在中国和越南引起的“猪无名高热病”导致两国的养猪业造成重创［2］。初次发病的猪一般表现急性疾病症状，如精神沉郁、食欲不振、有时伴有发热、呼吸困难、四肢末端发绀等，急性发病期时或随后即表现出严重的母猪繁殖障碍症状，如弱胎、死胎、木乃伊胎及断奶前仔猪高死亡率等［3］。

PRRSV株间的遗传、抗原性及致病性等在疾病的诊断、控制和预防中具有重要作用，然而由于PRRSV毒株间抗原性的差异及其引起机体的免疫抑制，不仅影响该病的控制和疫苗的研发，而且影响猪瘟等其他的传染病免疫防御。本文在PRRSV病毒生物学的基础上，对PRRSV抗原逃避、中和抗体产生和T细胞免疫的延迟、抗体依赖性增强、抑制树突状细胞功能、诱导调节性T细胞分化等抑制机体天然免疫和适应性免疫应答的途径予以论述，以期对PRRSV防控及疫苗开发提供有益的参考。

1 PRRSV的生物学特性

PRRSV属于动脉炎病毒科、动脉炎病毒属的单链、正链RNA囊膜病毒［4］。PRRSV分为欧洲株和北美株2个类型，二者在抗原性和遗传性等方面都存在较大差异，但能引起同样的疾病症状。PRRSV基因组约15kb，包含5′非翻译区（untranslated region，UTR），ORF1a、ORF1b、ORF2a、ORF2b、ORF3至ORF7等9各开放阅读框（open reading frame，ORF），3′非翻译区 UTR 及1个poly（A）尾［5］。PRRSV基因组5′端的 ORF1a和ORF1b约占整个基因组的75%，编码nsp1α，nsp1β，nsp2至nsp12共13非结构蛋白（non－structural proteins，nsp）。近来研究表明nsp1α、nsp1β、nsp2、nsp4和nsp11能以不同的强度抑制干扰素（interferon，IFN）－β启动子，说明PRRSV nsps能够通过削弱破坏I型IFN反应破坏机体的天然免疫反应［6］。

PRRSV基因组3′端编码7个结构性蛋白，ORF2a和 ORF3、4、5编码 GP2a、GP3、GP4和 GP5等4个N端糖基化的囊膜相关蛋白，ORF2b和ORF6编码2个非糖基化囊膜蛋白E和M［7］，ORF7编码基因组外的核衣壳蛋白N［8］。GP5蛋白是包含主要中和表位的糖蛋白，GP5和M蛋白通过二硫键形成的异源二聚体，能够与肺泡巨噬细胞表面PRRSV受体pCD 1 6 9结合［9］。GP 2a和GP 4与肺泡巨噬细胞膜上的PRRSV受体pCD163能够相互作用［10］。

2 PRRSV的免疫抑制作用

初次感染PRRSV的猪一般表现为急性症状，如果能够耐过1个月左右急性感染期PRRSV的猪通常转化为慢性的持续感染，此时病毒滴度维持在较低的水平，然而体内病毒的完全清除至少需要150d，大大超出了商品猪上市的生长周期。尽管对于机体不能快速清除体内PRRSV的机制还不清楚，但主要的原因可能包括PRRSV的免疫逃避和猪自身没有产生有效的免疫保护。

2.1 猪肺泡巨噬细胞对PRRSV的传播

猪肺泡巨噬细胞（porcine alveolar macrophage，PAM）是PRRSV感染和传播的主要细胞类型，研究表明PAM膜表面存在pCD169和pCD163受体分别与PRRSV的穿入和脱壳有关［11］。此外，PAM细胞隐藏了感染的PRRSV，使病毒蛋白不能表达于浆细胞表面，导致宿主免疫系统无法获得病毒信息，使抗体依赖性或补体介导的裂细胞作用不能裂解被感染细胞［12］。

2.2 PRRSV对天然免疫的抑制

机体抗PRRSV的天然免疫是非常弱的，导致其后的体液免疫和细胞免疫延迟及病毒的持续感染。IFN－α是机体抗病毒应答的重要组成部分，然而 PRRSV 不 能诱导IFN－α 分泌［13－14］，因此仅 能 诱导机体分泌少量的炎性因子，也不能有效活化和动员自然杀伤细胞（natural killer，NK）［15］。PRRSV介导的I型IFN分泌抑制，是由于位于感受分子RNA螺旋酶RIG－I下游的IFN－β启动子刺激分子1（IFN－βpromoter stimulator 1，IPS－1）的活化受到了干扰。IPS－1失活使了IFN调控因子（IFN regulatory factor，IRF）3不能活化，从而使I型IFN分泌抑制［13］。

2.3 中和抗体产生的延迟

PRRSV中和抗体是病毒清除中的关键，并能够有效防止猪再次感染PRRSV，然而PRRSV感染后，针对主要结构蛋白GP5的中和抗体似乎比针对其他结构蛋白和nsp2的中和抗体出现的晚，导致猪在感染早期不能有效的清除病毒［16］。中和抗体延迟产生的可能原因有以下3点：①GP5的胞外结构域包含1个免疫显性表位（表位A或"引诱"表位），能够在感染早期诱导产生强大的非中和抗体免疫反应，导致位于其下游的中和表位（表位B）减弱或被屏蔽而不能产生相应的免疫应答［17］；②在GP5表位B侧翼的N连接糖基化位点存在的大量甘露糖减弱了PRRSV对中和抗体的敏感性，从而削弱了表位B的免疫原性［18］；③PRRSV具有多种抑制机体天然免疫反应的机制，特别是对I型IFN的分泌抑制，使包括体液免疫在内的机体天然免疫反应受到抑制［19］。因此，理想的PRRSV疫苗应该能够快速诱导机体产生大量的中和抗体且不能抑制机体的抗PRRSV天然免疫反应。

2.4 PRRSV抗体依赖性增强

PRRSV所诱导免疫的特征之一是PRRSV特异性母源抗体或疫苗抗体能使病毒更易于侵入靶细胞，从而导致感染增强［20］，这种现象也称作病毒感染的抗体依赖性增强（antibody－dependent enhancement，ADE）。尽管其机制还有待进一步的阐明，但ADE被认为是PRRSV疫苗研发的障碍之一。其他RNA病毒ADE机制的研究表明除了增强病毒侵入外，ADE也能抑制机体的天然抗病毒应答，特别是宿主的I型IFN系统［21］。此外，由于ADE时通过自分泌和旁分泌产生的大量IL－10所造成的抗炎和免疫抑制环境有助于病毒的传播［22］。PRRSV感染猪的支气管肺泡灌洗液中IL－10显著升高，可能是上调了PAM 的IL－10表达［23］，从而导致IFN－α／β及其他炎性因子分泌的降低。因此，削弱或消除疫苗免疫诱导的ADE负面影响也应该被看作PRRSV发展的一个关键因素。

2.5 PRRSV对树突状细胞功能的抑制

树突状细胞（Dendritic cells，DCs）是外周免疫系统专业抗原递呈细胞（antigen－presenting cells，APC），能够感知和捕获病毒从而诱导适应性免疫应答［24］。血液中未成熟DCs被侵入的外源抗原诱导迁移至受感染组织并获取抗原信息，将吞噬的抗原通过MHC分子加工成具有免疫原性的多肽并递呈给T细胞［24］。PRRSV的免疫逃避机制是否是通过DCs还有待进一步研究，但PRRSV和机体的DCs间存在相互作用。DCs能够分泌干扰素、活化特定的炎性细胞因子和启动特定的T细胞分化，从而调节了机体对PRRSV反应。浆细胞样树突状细胞（Plasmacytoid DCs，pDCs）是一类关键的效应细胞，能够在早期天然免疫阶段表达高水平抗病毒的I型IFN［25］。有研究表明用PRRSV刺激体外培养的猪pDCs时，pDCs不能分泌IFN－α、IL－6、IL－8、IL－12、IFN－γ 或 TNF－α［14，26－27］，而 且 PRRSV 感 染 髓 源DCs（bone marrow－derived DCs，BMDCs）和单核细胞源DCs（monocyte－derived DCs，MDDCs）时，能够导致与抗PRRSV免疫抑制有关的多种细胞因子和CD分子表达水平改变［28］。此外，体外克隆的猪DC－SIGN （pDC－SIGN）基因能够增强 PRRSV 在靶细胞间的传播［29］，表明pDC－SIGN的功能可能是作为猪DCs上的附加受体使PRRSV在细胞传播。因此，研究PRRSV与DCs相互作用过程中的信号途径和分子、DCs传播PRRSV的机制等，对PRRSV疫苗设计也具有重大意义。

2.6 PRRSV对调节性T细胞的诱导

调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）是一类CD4＋、CD25＋、Foxp3＋T细胞亚群，是维持机体天然免疫、适应性免疫平衡的关键细胞类型。适应性（或诱导性）Tregs被DCs诱导活化后能够分泌高水平的IL－10或TGF－β，从而抑制过度的炎症反应并减弱宿主组织的损伤［30］。在体外用美洲型PRRSV刺激 MDDCs时CD4＋、CD25＋、Foxp3＋T细胞数量和Foxp3＋mRNA表达水平均升高，说明PRRSV也能够诱导Tregs的产生，而且这些Tregs能够抑制PHA刺激的PBMC活性，然而该条件下PRRSV仅诱导TGF－βmRNA和蛋白水平升高，而对IL－10水平无明显影响［31－32］。有意思的是在同样的试验方案中，欧洲型PRRSV与MDDCs共培养却不能诱导CD25＋、Foxp3＋、Tregs和 TGF－β，表明PRRSV诱导的免疫抑制可能是型或株依赖性的［31］。因此，体内PRRSV感染是否启动了Tregs活化并导致猪的免疫抑制还有待进一步的研究。

3 小结与展望

PRRSV不仅对猪造成严重的危害，而且可通过抗原逃避、延迟中和抗体产生和T细胞免疫、抗体依赖性增强、抑制树突状细胞功能、诱导调节性T细胞分化等多种方式抑制机体天然和实适应性免疫应答。PRRSV对猪免疫应答的调控，不仅使PRRSV在机体的持续感染，而且由于机体免疫水平的降低使猪瘟、猪细小病毒、猪圆环病毒2型等免疫失败或者继发和混合感染，对猪病的预防、诊断和控制造成更大的困难。目前，PRRSV疫苗免疫效果的不确定性也在于机体免疫的抑制，因此，将来在PRRSV疫苗研发当中应充分考虑到这些可能造成机体免疫抑制和病毒持续感染和增殖的因素。

［1］BØtner A.Diagnosis of PRRS［J］.Vet Microbiol，1997，55（1－4）：295－301.

［2］Tian K G，Yu X L，Zhao T Z，et al.Emergence of fatal PRRSV variants：Unparalleled outbreaks of atypical PRRS in China and molecular dissection of the unique hallmark［J］.PLoS One，2007，2（6）：e526.

［3］Rowland R R.The stealthy nature of PRRSV infection：the dangers posed by that ever－changing mystery swine disease［J］.Vet J，2007，174（3）：451.

［4］Wensvoort G，Terpstra C，Pol J，et al.Mystery swine disease in The Netherlands：the isolation of Lelystad virus［J］.Vet Quart，1991，13（3）：121－130.

［5］Dea S，Gagnon C A，Mardassi H，et al.Current knowledge on the structural proteins of porcine reproductive and respiratory syndrome（PRRS）virus：comparison of the North American and European isolates［J］.Arch Virol，2000，145（4）：659－688.

［6］Beura L K，Sarkar S N，Kwon B，et al.Porcine reproductive and respiratory syndrome virus nonstructural protein 1｛beta｝modulates host innate immune response by antagonizing IRF3activation［J］.J Virol，2010，84（3）：1574.

［7］Meulenberg J J M，Petersen－Den Besten A，De Kluyver E P，et al.Characterization of proteins encoded by ORFs 2to 7of Lelystad virus［J］.Virology，1995，206（1）：155－163.

［8］Spilman M S，Welbon C，Nelson E，et al.Cryo－electron tomography of porcine reproductive and respiratory syndrome virus：organization of the nucleocapsid［J］.J Gen Virol，2009，90：527－535.

［9］Van Breedam W，Van Gorp H，Zhang J Q，et al.The M／GP5 glycoprotein complex of porcine reproductive and respiratory syndrome virus binds the sialoadhesin receptor in a sialic aciddependent manner［J］.PLoS Pathog，2010，6（1）：e1000730.

［10］Das P B，Dinh P X，Ansari I H，et al.The minor envelope glycoproteins GP2aand GP4of porcine reproductive and respiratory syndrome virus interact with the receptor CD163［J］.J Virol，2010，84（4）：1731.

［11］Welch S K，Calvert J G.A brief review of CD163and its role in PRRSV infection［J］.Virus Res，2010，154（1－2）：98－103.

［12］Costers S，Delputte P L，Nauwynck H J.Porcine reproductive and respiratory syndrome virus－infected alveolar macrophages contain no detectable levels of viral proteins in their plasma membrane and are protected against antibody－dependent，complement－mediated cell lysis［J］.J Gen Virol，2006，87（8）：2341－2351.

［13］Luo R，Xiao S B，Jiang Y B，et al.Porcine reproductive and respiratory syndrome virus（PRRSV）suppresses interferonbeta production by interfering with the RIG－I signaling pathway［J］.Mol Immunol，2008，45（10）：2839－2846.

［14］Calzada－Nova G，Schnitzlein W，Husmann R，et al.Characterization of the cytokine and maturation responses of pure populations of porcine plasmacytoid dendritic cells to porcine viruses and toll－like receptor agonists［J］.Vet Immunol Immunopathol，2010，135（1－2）：20－33.

［15］Murtaugh M P，Yuan S，Nelson E A，et al.Genetic interaction between porcine reproductive and respiratory syndrome virus（PRRSV）strains in cell culture and in animals［J］.J Swine Health and Production，2002，10（1）：15－21.

［16］Lopez O J，Osorio F A.Role of neutralizing antibodies in PRRSV protective immunity［J］.Vet Immunol Immunopathol，2004，102（3）：155－163.

［17］Osorio F A，Galeota J A，Nelson E，et al.Passive transfer of virus－specific antibodies confers protection against reproductive failure induced by a virulent strain of porcine reproductive and respiratory syndrome virus and establishes sterilizing immunity［J］.Virology，2002，302（1）：9－20.

［18］Ansari I H，Kwon B，Osorio F A，et al.Influence of N－linked glycosylation of porcine reproductive and respiratory syndrome virus GP5on virus infectivity，antigenicity，and ability to induce neutralizing antibodies［J］.J Virol，2006，80（8）：3994.

［19］Mateu E，Diaz I.The challenge of PRRS immunology［J］.Vet J，2008，177（3）：345－351.

［20］Yoon K J，Wu L L，Zimmerman J J，et al.Field isolates of porcine reproductive and respiratory syndrome virus（PRRSV）vary in their susceptibility to antibody dependent enhancement（ADE）of infection［J］.Vet Microbiol，1997，55（1－4）：277－287.

［21］Mahalingam S，Lidbury B A.Suppression of lipopolysaccharide－induced antiviral transcription factor （STAT－1and NF－κB）complexes by antibody－dependent enhancement of macrophage infection by Ross River virus［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2002，99（21）：13819.

［22］Ito S，Ansari P，Sakatsume M，et al.Interleukin－10inhibits expression of both interferon－αand interferon－γinduced genes by suppressing tyrosine phosphorylation of STAT1［J］.Blood，1999，93（5）：1456－1463.

［23］Thanawongnuwech R，Thacker B，Halbur P，et al.Increased production of proinflammatory cytokines following infection with porcine reproductive and respiratory syndrome virus andMycoplasmahyopneumoniae［J］.Clin Vac Immunol，2004，11（5）：901.

［24］Banchereau J，Steinman R M.Dendritic cells and the control of immunity［J］.Nature，1998，392（6673）：245－252.

［25］Gilliet M，Cao W，Liu Y J.Plasmacytoid dendritic cells：sensing nucleic acids in viral infection and autoimmune diseases［J］.Nat Rev Immunol，2008，8（8）：594－606.

［26］Borghetti P，Saleri R，Ferrari L，et al.Cytokine expression，glucocorticoid and growth hormone changes after porcine reproductive and respiratory syndrome virus（PRRSV－1）infection in vaccinated and unvaccinated naturally exposed pigs［J］.Comp Immunol Microbiol Infect Dis，2011，34（2）：143－155.

［27］Lunney J K，Fritz E R，Reecy J M，et al.Interleukin－8，interleukin－1beta，and interferon－gamma levels are linked to PRRS virus clearance［J］.Viral Immunol，2010，23（2）：127－134.

［28］Silva－Campa E，Flores－Mendoza L，Resendiz－Sandova M，et al.PRRSV modulate cytokine response of porcine dendritic cells and compromise the activation of T cells［J］.Vet Immunol Immunopathol，2009，128（1－3）：275－275.

［29］Huang Y W，Dryman B A，Li W，et al.Porcine DC－SIGN：Molecular cloning，gene structure，tissue distribution and binding characteristics［J］.Devel Comp Immunol，2009，33（4）：464－480.

［30］Sakaguchi S，Wing K，Onishi Y，et al.Regulatory T cells：how do they suppress immune responses？［J］.In immunol，2009，21（10）：1105.

［31］Silva－Campa E，Cordoba L，Fraile L，et al.European genotype of porcine reproductive and respiratory syndrome（PRRSV）infects monocyte－derived dendritic cells but does not induce Treg cells［J］.Virology，2010，396（2）：264－271.

［32］Wongyanin P，Buranapraditkun S，Chokeshai－Usaha K，et al.Induction of inducible CD4＋CD25＋Foxp3＋regulatory T lymphocytes by porcine reproductive and respiratory syndrome virus （PRRSV）［J］.Vet Immunol Immunopathol，2010，133（2－4）：170－182.