猪繁殖与呼吸障碍综合征病毒的免疫学研究进展
2013-04-18伊顺仁黄艺珠陈景容福州大北农生物技术有限公司福州350014
伊顺仁 黄艺珠 陈景容 福州大北农生物技术有限公司 福州 350014
对于猪繁殖与呼吸障碍综合征病毒免疫学方面的研究尽管还有许多令人期待的未知,但近年来的研究报道也有很多值得关注的内容。文中针对猪繁殖与呼吸障碍综合征病毒的特异性免疫应答在保护性免疫中的作用、免疫调节及免疫逃避等内容做一综述,为临床免疫的研究应用提供借鉴。
1 PRRSV的特异性免疫应答
1.1 体液免疫
1.1.1 PRRSV体液反应动力学及ADE现象 健康猪感染PRRSV后可引发机体产生全身性的体液免疫应答。体液免疫由胸腺依赖性抗原和非胸腺依赖性抗原(TI)诱发[1]。一些猪在感染 PRRSV 5~7 d就可检测到抗体,到14 d时,所有猪的血清发生转阳[2]。特异性IgM抗体在14 d时达到高峰,然后下降,到42 d时基本检测不到。特异性IgG抗体在感染后21~49 d达到高峰[3]。但是,这些感染早期快速产生的IgM、IgG并没有中和作用,其主要作用对象是GP5和N蛋白[4-5],结合在病毒粒子表面,可促进病毒粒子进入巨噬细胞。能迅速增强PRRSV在巨噬细胞中复制的能力,即所谓的抗体依赖性增强作用(Antibody-Dependent Enhancement,ADE)现象[4,6]。在肺泡巨噬细胞培养物中,加入一定效价的PRRSV抗体,可使PRRSV产量明显增加,甚至会提高10~100倍。通过母源抗体获得被动免疫的仔猪,一旦母源抗体水平下降至保护水平以下,PRRSV就会表现ADE现象,从而增加了仔猪的易感性。所以,亚中和水平的体液抗体反而能促进PRRSV的感染。
Ne1son等(1994)研究了猪抗PRRSV美洲株的体液反应动力学,结果显示:最早检测到的抗体是抗N蛋白抗体,接着是抗M蛋白抗体,然后是抗GP5蛋白抗体[7]。另有研究显示:非结构蛋白2(Nsp2)包含一组非中和的B表位,可能是PRRSV的免疫活性蛋白[8-9]。目前大多数诊断检测方法主要是针对N蛋白诱导产生的抗体,这些抗体出现在感染后第1周并持续几个月,但抗体的滴度与保护力不相关。
1.1.2 PRRSV的中和抗体及其保护意义 中和抗体在抗PRRSV的保护性免疫反应中起重要的作用。有人进行了血清输入实验,证实单独使用中和抗体可以完全防止PRRSV感染妊娠母猪。另外,无论是仔猪还是母猪,被动输入的中和抗体可消除病毒血症,对感染猪输入中和抗体后,病毒分离和RTPCR等方法不能从这些猪的淋巴器官中检测到病毒。同样,中和抗体对幼猪也有保护作用,能够100%保护易感动物抵抗PRRSV病毒血症的最低抗体滴度是1:8[10]。但由于PRRSV感染后中和抗体的产生比较慢而且不规则,所以中和抗体在保护机体免受PRRSV感染中所起的作用也是有限的[11-12]。
通过被动免疫产生的中和抗体可以使易感动物受到暂时的保护[13]。在感染后一个月内,用常规病毒中和试验检测不到中和抗体。添加新鲜的补体或延长病毒与血清的作用时间可以增加中和试验的敏感性,可在感染后9~12 d检测到中和抗体[14]。另有研究显示,补体可使中和试验提高一个滴度[12,15]。但是即使采用改良的病毒中和试验,感染后42 d中和抗体滴度依然很低,仅为1:32~1:64。欧洲株和美洲株产生的中和抗体,都可在感染28 d后检测到。
有报道显示 M、GP2a、GP3、GP4 和 GP5 上都有病毒的中和表位[5,16-20]。但在诱导中和抗体产生方面GP5更加重要。用PRRSV GP5接种免疫猪后可诱导产生中等水平的中和抗体,尽管如此,当用同种(或同源)毒株攻毒时,猪可被保护,仅表现轻微发热,用MARC-145细胞只能从肺和纵膈淋巴结回收到病毒,攻毒 2 周后,中和抗体滴度增加到1:128[21-22]。
无论是母猪还是仔猪,中和抗体在血清中的滴度与对猪抗PRRSV感染的免疫保护作用呈正相关。向怀孕母猪体内输入1:8或更高滴度的抗体,可阻止仔猪病毒血症的出现;输入1:16滴度的抗体,可保护母猪免于繁殖障碍和胎盘感染;当滴度达到1:32时,则可清除病毒感染[23]。这些结果表明,如果疫苗能够诱导产生1:32的抗体滴度,则能有效地预防疾病,并且可在清除PRRSV中成为有力的手段。
1.2 细胞免疫 细胞免疫对于预防PRRSV感染具有十分重要的作用。Mo1itor等(1997)报道,PRRSV感染后不仅产生针对病毒多肽的以各种特异性抗体为特征的体液疫,而且还产生CD4+细胞增殖和迟发型变态反应为特征的细胞免疫[24]。一般在外周血循环中CD4+T细胞的百分比与感染猪发病的严重程度有直接关系,CD4+比例愈小,感染猪越有可能发生严重症状。由此看出,猪感染疾病的临床诊断在一定程度上建立于CD4+水平上。
PRRSV感染后第4周左右出现抗原特异性淋巴细胞的增生,第7周左右达到高峰,第11周左右开始下降,最多可以持续3个月[25]。此增殖性反应可被由抗CD4+和MHC-Ⅱ类抗原产生的抗体所抑制,说明这种反应是依赖CD4+和T淋巴细胞的[26]。
在自然感染PRRSV的猪体内淋巴细胞亚群会发生变化,外周血中的CD4+/CD8+细胞的比例会显著降低。但是PRRSV并非总是诱导这样的变化,由于毒株的来源及毒力的差异,有的甚至会产生相反的结果[27]。Bruin等(2000)通过淋巴细胞增生试验和病毒特异性干扰素产生的细胞试验比较了PRRSV野毒接种猪、伪狂犬病病毒 (PRV)疫苗接种猪及PRRSV疫苗接种猪的细胞免疫反应情况,结果发现,PRRSV野毒接种猪可产生长期而强烈的细胞免疫反应,与PRV疫苗接种猪的细胞免疫反应相当。而PRRSV减毒活疫苗接种猪的细胞免疫反应与保护性极好的PRV疫苗诱导的细胞免疫反应效果相差甚远[28]。
PRRSV 的 GP2a、GP3、GP4、GP5、M、N 蛋白都能刺激T淋巴细胞的增生[29]。但是,N蛋白的作用最弱,M蛋白的作用最强。各种蛋白的诱导作用和该蛋白的浓度呈正相关。这表明M蛋白在细胞免疫中居主要地位。
2 PRRSV的免疫调节与免疫逃避
2.1 干扰素 PRRSV可以引起继发感染,通过阻断一种抗病毒蛋白的激活或抑制猪体内α干扰素(IFN-α)的活性是PRRSV免疫逃避的防御机制之一。A1bina等(1998)发现PRRSV在肺泡巨噬细胞中复制,而巨噬细胞和PBMC都不产生IFN-α[30]。Góm ez-Laguna等(2010)发现PRRSV可诱导产生少量IFN-α,但它在血清中的出现较晚,与病毒血症的消退相吻合[31]。PRRSV感染可能干扰维甲酸诱导基因-Ⅰ(RIG-Ⅰ)、To11样受体 3(TLR3)和 IPS-1(IFN-β启动刺激因子1)信号转导来抑制IFN-β启动子活性及IFN-β产生,减少IFN-α表达量,从而减弱固有免疫应答,继而影响获得性免疫应答(包括延缓产生IFN-γ和中和抗体),并最终引起病毒血症和持续性感染[32-34]。
另有体外的研究结果表明IFN-α和IFN-β在净化PRRSV中起重要作用。重组猪IFN-α(rpIFN-α)可以抑制PRRSV在巨噬细胞中的复制并诱导其他抗 PRRSV 介质因子的转录[30,34-35]。用含有猪IFN-β(swIFN-β)表达的细胞上清液孵育M arc-145细胞后再接种PRRSV,结果未出现细胞病变。而用不含swIFN-β的细胞培养液孵育M arc-145细胞,则在病毒感染后出现细胞病变。此外用swIFN-β培养液孵育分离于PRRSV阴性猪的支气管肺泡灌肺泡巨噬细胞后再接种PRRSV,用Rea1time RT-PCR测定发现病毒RNA载量显著减少;这些研究结果充分表明,Ⅰ型IFN在干预PRRSV感染方面有很大潜力。
2.2 细胞因子 IFN-γ是Th1类细胞因子的典型代表,并且是促进细胞免疫应答的效应因子,可抑制PRRSV在巨噬细胞中的复制,其作用机制是能阻断病毒蛋白的正常合成,还能增强巨噬细胞产生超氧负离子的能力。提示IFN-γ可以抑制PRRSV对巨噬细胞的感染。但是,低水平的IFN-γ不能消除PRRSV[36],且在病毒感染期间影响机体免疫系统[37],可以说,PRRSV持续性感染与机体有效细胞免疫应答低下有关。
IL-1是致炎性细胞因子,参与免疫防御抗感染。Van Reeth等(2000)研究发现接种PRRSV后第3~10 d,感染猪肺脏产生高水平的 IL-1[38]。Góm ez-Laguna等(2010)发现感染PRRSV后,猪肺脏损伤程度、巨噬细胞数量与IL-1α表达量显著相关[31]。Labarque等(2003)发现在感染后第9 d IL-1产量达到峰值,而未感染PRRSV的细胞凋亡数量急剧上升[39]。因此,IL-1可能介导PRRSV感染后的病理发生。
IL-2是调节细胞介导免疫应答的主要细胞因子之一。Rompato等(2006)用IL-2表达质粒作为PRRSV ORF7DNA疫苗佐剂给猪免疫,经过二免后攻毒发现,IL-2能明显提高T细胞增殖[40]。Xue等(2004)用IL-2作为PRRSV ORF5和ORF7疫苗的佐剂一起免疫猪,然后用同型PRRSV攻毒,发现猪血清、PAM和淋巴组织中病毒载量明显减少[41]。可见,应用IL-2作为PRRSV疫苗佐剂有非常不错的前景。
IL-6与猪的细胞免疫可能有关。Liu等(2009)发现8周龄的猪感染PRRSV后第7 d,猪肺泡巨噬细胞产生大量 IL-6[42]。A1bina等(1998)报道,8 周龄的猪感染PRRSV后第3周,CD8+T细胞和IgM显著增多[30]。CD8+T细胞能杀伤表达抗原的靶细胞,它是抗病毒感染的重要效应细胞。IL-6诱导CD8+细胞大量增殖,对于清除PRRSV感染有潜在作用。
IL-8是病毒急性感染后免疫防御机制的一部分。Aasted等(2002)发现经子宫感染PRRSV的小母猪在2~6周时,血液中检测不到IL-8,且巨噬细胞减少;这可能是由于PRRSV复制导致巨噬细胞功能受损,使生成IL-8水平降低。因而血液循环中的IL-8水平可能反映巨噬细胞的功能状态[43]。Ait-A1i等(2007)研究发现感染PRRSV 2 h后,长白猪和皮特兰猪的肺泡巨噬细胞中IL-8水平急剧升高,随后IL-8水平稳步升高。进一步研究发现,累积高水平IL-8能使PRRSV减少或延迟复制[44]。由此可见,IL-8参与猪机体抵御PRRSV感染过程。
IL-10对PRRSV的免疫应答调节起很重要的作用。不论是感染PRRSV欧洲株还是美洲株,猪外周血单核细胞(PBMCs)中IL-10的mRNA水平均得到了提高,且支气管肺泡灌洗液中IL-10的浓度也增加了[45]。某些欧洲株能够在阴性猪的PBMCs中诱导产生强烈的IL-10反应,表明这是一种非记忆特性的[15]。接种IL-10诱导型毒株的猪,其特异性IFN-γ的分泌频率要低于接种非IL-10诱导型毒株的猪,这表明IL-10的产生可能是PRRSV感染后体液免疫受到一定抑制的原因之一[46]。给PRRSV血清阴性猪接种PRRSV之前转染IL-10 mRNA,PBMCs内IL-10和IL-12 mRNA显著减少,而IFN-γmRNA升高,TNF-α和IL-4 mRNA没有变化。这表明外源的IL-10 mRNA可以干扰PRRSV感染后IL-10 mRNA 的表达[47]。
PRRSV感染后对IL-12表达的影响,目前相关文献的研究结果并不一致。有研究结果指出,PRRSV能刺激机体产生少量IL-12,但表达水平很弱[48-51]。
体外研究结果也发现,不论在mRNA还是在蛋白水平,PBMCs感染PRRSV后表达的IL-12量也非常少[52]。但PRRSV感染猪的树突状细胞(DCs)中IL-12水平增高[53],感染PRRSV后第48 h,猪DCs中IL-12的浓度大约是紫外线灭活PRRSV处理的DCs中IL-12浓度的2.7倍,提示PRRSV对不同组织细胞内的IL-12的影响不同。
IL-18能在免疫活性细胞中诱导IFN-γ、GMCSF、TNF-α和IL-1等细胞因子,其中以刺激产生IFN-γ的能力最为显著,它和IL-12共同协调刺激释放IFN-γ。近来的研究结果发现,IL-18有潜在促进PRRSV免疫的作用。Shen等(2007)给小猪接种rFPV-IL-18后攻击PRRSV,接种rFPV-IL-18的小猪产生的中和抗体水平、IFN-γ量和T淋巴细胞免疫增殖反应高于对照组,这表明IL-18在某种程度上能有效提高机体产生PRRSV特异的体液免疫和细胞免疫[54];但目前没有内源性IL-18参与PRRS免疫调节的研究结论。
GM-CSF可促进DCs、中性白细胞和巨噬细胞成熟,活化成熟粒细胞和单核吞噬细胞,调节单核细胞衍生的DCs、郎格罕氏细胞和抗原递呈细胞。Wang等(2009)构建出融合表达PRRSV GP3及GP5与GM-CSF的重组腺病毒,给猪免疫rAd-GF35(含 GM-CSF)后所产生的 PRRSV GP3/GP5 的特异抗体水平明显高于无GM-CSF组对照猪,PBMCs中PRRSV增殖指数明显高于对照组[48]。提示GM-CSF能明显增强猪体针对PRRSV的体液免疫和细胞免疫。
TNF-α是活化的巨噬细胞、DC和T细胞早期分泌产生的细胞因子,可协同IFN-γ抵抗病毒感染细胞,但它在PRRSV感染后处于受抑制状态。Murtaugh等(2002)发现感染PRRSV后,猪肺脏中TNF-α表达受抑制或表达量明显减少,并且抑制病毒复制的能力减弱,导致宿主针对PRRSV的免疫应答减弱,使呼吸道出现PRRS亚临床症状,还能引起机体持续感染 PRRSV[33]。Subramaniam 等(2010)研究发现,在体外感染PRRSV后,PBMCs的TNF-α转录被抑制,细胞内也未测到TNF-α蛋白[55]。TNF-α的表达与病毒复制呈明显的负相关,感染后12h病毒复制达到高峰,而TNF-α水平最低。TNF-α表达水平低可能是PRRSV逃逸宿主免疫应答的机制之一[31],因此,促进内源性TNF-α的表达有助于猪体抗PRRSV感染。
TNF-β的表达水平可能与PRRSV致病力有一定相关性。有报道指出,猪接种PRRSV美洲株2周后PBMCs中TNF-β和IL-10基因表达提高[52],而猪感染PRRSV欧洲株后,PBMC中TNF-β水平无显著变化,但是IL-10水平提高[12]。同样,在感染PRRSV欧洲株的DCs中未能检测到TNF-β,而感染美洲株的DCs中TNF-βmRNA表达提高[56]。由于美洲型PRRSV株的致病力一般高于欧洲型毒株,上述2个研究小组的发现,提示TNF-β与PRRSV病理发生有一定的相关性,PRRSV的致病力对TNF-β的影响仍待进一步深入研究。
2.3 抗原提呈 PRRSV可能会干扰正确的抗原提呈和T淋巴细胞的活化。PRRSV能下调树突细胞(DCs)中主要组织相容性复合体MHC-Ⅰ的表达,不过这与混合型白细胞反应中增值反应的减弱无关[35]。当PRRSV感染激活单核细胞衍生的树突细胞时,CD11b/c、CD14、CD80/86、MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ的表达均下调[57-58],用灭活的PRRSV时则没有下调。同时,当受感染的树突细胞与同源的或同种异体的淋巴细胞配套使用时,增值反应减弱,由此表明受感染的树突细胞抗原提呈能力下降[58]。PRRSV能够通过改变树突状细胞和巨噬细胞的细胞因子类型,以及通过改变参与抗原提呈的分子的表达,从而减弱获得性免疫应答。
2.4 GP5的诱骗表位和糖基化位点 GP5蛋白胞外结构域氨基端高度糖基化,并与M蛋白形成异原二聚体[59-60],用反向免疫法和其他涉及重叠蛋白的研究证实GP5主要中和位点与中和抗体的活动相关,这个位点的最小抗原区域在33~47位氨基酸,已被确认是中和表位的核心区域[13,61-63],这个核心区域被称做B位点,此中和位点在糖基化位点的侧面。GP5的另一个优势显性表位A位点,位于GP5氨基末端的胞外域(第27~31位氨基酸处),具有诱骗表位的特性,与人HIV-1中的Decoy相似[13]。Decoy位点是导致中和位点免疫反应性降低的毗邻于中和位点的位点。抗位点A的抗体在PRRSV感染早期被诱导产生,而在感染后前30 d不能检测到抗 B 位点的抗体[63-64]。
因此,认为A位点与中和B位点的同时出现将抑制对中和位点B的反应。抗中和位点B的抗体的延迟产生可以解释早期研究者所描述的无中和抗体产生的原因,因此,中和抗体延缓产生是PRRSV逃逸免疫监视的主要机制,也是PRRSV感染的主要特征。
但是,诱骗表位不是PRRSV逃避体液免疫的唯一方式。GP5蛋白含有4个糖基化位点,这些位点位于或靠近中和位点内。在受感染猪中,上游高变区缺失糖基化位点的美洲分离株与下游N-44位缺失糖基化位点的毒株相比,产生中和抗体的能力快速而且强烈[65]。西班牙分离株在1991-2005年的进化过程中呈现出一个趋势,即N-46(相当于美洲株的N-44位置)糖基化位点逐渐消失,而在侧面(N-37和N-53)保持或获得新的糖基化位点,这与诱导较弱的中和抗体毒株是一致的[66]。
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