牛呼吸道疾病综合征病原免疫逃避机制研究进展

李大帅，时 坤，姚泽慧，刁乃超，田 甜，杜 锐

(吉林农业大学 中药材学院，吉林 长春130118)

牛呼吸道疾病综合症(Bovine respiratory disease complex，BRDC)是由多种细菌和病毒感染引起的综合性疾病，给我国乃至世界养牛业造成了重大的经济损失[1]。BRDC病原体主要包括：牛疱疹病毒1型(Bovine herpes virus-1，BHV-1)、牛呼吸道合胞体病毒(Bovine respiratory syncytial virus，BRSV)、牛病毒性腹泻病毒(Bovine viral diarrhea virus，BVDV)、牛副流感病毒3型(Bovine parinfluenza-3 virus，BPI3V)、牛冠状病毒(Bovine corona viruses，BCV)、溶血性曼氏杆菌(Mannheimia haemolytica)、牛支原体(Mycoplasma bovis)、昏睡嗜组织杆菌(Histophilus somni)和多杀氏杆菌(Pasteurella multocida)等[2]。病原体与宿主协同进化，针对宿主的免疫应答，病原体形成多种复杂的免疫逃避机制，使自身能够在宿主体内复制并长期存活。虽然病毒和细菌的免疫逃避机制存在差异，但二者是相通的，在概念上具有相似之处[3]。同时，BRDC各病原体之间的免疫逃避机制存在协同作用，给BRDC的预防造成极大的困扰。研究表明，与感染单一病原体相比，多种病原体共同感染将导致更为严重的BRDC。本文将从各病原体的免疫逃避机制及各病原体之间的协同作用进行详述，为预防BRDC提供理论参考。

1 BRDC病原体的免疫逃避机制

1.1 BHV-1的免疫逃避机制 当BHV-1进入呼吸道时，受到上皮纤毛的阻挡，呼吸道上皮细胞分泌的黏液不断的吸附病原体，通过上皮纤毛运动使黏液排出体外，从而阻碍了病原体在上呼吸道表面粘附和定植。因此，BHV-1逃避宿主免疫的首要选择是使上皮产生针对性损伤。

BHV-1可感染多种不同类型的牛源细胞，侵入机体后，首先感染上呼吸道上皮，造成上皮纤毛和杯状细胞损伤，进而导致上皮细胞及相邻淋巴组织坏死，造成鼻炎和气管炎，以确保病毒的有效释放。然而，BHV-1感染神经元细胞时，会抑制感染细胞的凋亡。其潜伏相关(LR)RNA在感染细胞中大量表达，LR蛋白抑制潜伏感染细胞凋亡，使病毒在感染细胞中持留，直至再激活、增殖性感染并传播给其它动物。另外，BHV-1即刻早期蛋白通过锌指结构和C-末端序列抑制IFN-β启动子活性，通过降解IFN转录因子IRF3[4]，逃避宿主IFN的免疫。

BHV-1编码的病毒体宿主终止蛋白(vhs)通过诱导宿主mRNA可快速阻断宿主细胞蛋白质的合成，从而下调MHCⅠ类分子，抑制抗原呈递给CD8+细胞毒性T淋巴细胞(CTL)。BHV-1感染人黑素瘤细胞8 h时，MHCⅠ类分子表达水平开始降低，感染12 h时，其表达水平显著降低，感染期间MHCⅡ类分子表达水平无变化，BHV-1 vhs中的UL49.5可抑制肽转运，促使蛋白酶体降解抗原加工相关转运体(TAP)，随后MHCⅠ类分子下调，在此期间，除UL49.5外，其它vhs蛋白能够介导BHV-1抑制TAP和MHCⅠ型分子持留内质网(ER)[5-6]。由此推测，在BHV-1感染过程中，MHCⅠ型分子的下调所产生的免疫逃避是由多种蛋白共同作用，并非是一种vhs或非vhs直接作用的结果。

1.2 BVDV免疫逃避机制BVDV急性感染期间，病毒广泛存在于宿主的外周血细胞、骨髓和淋巴组织中。致细胞病变型(cp)和非致细胞病变型(ncp)BVDV均可以诱导体内T细胞和B细胞凋亡。病毒感染细胞急性发作期，BVDV直接感染白细胞，激活了细胞凋亡程序，白细胞数量大量减少，组织腺体中CD8+T和CD4+T淋巴细胞数量减少。ncp BVDV感染细胞抗poly IC和IFN诱导的细胞凋亡，这表明ds RNA的干扰作用似乎是所有ncp株独立于基因型或其毒力的另一特征[7]。

用cp和ncp BVDV分别感染妊娠早期的胎牛，感染cp BVDV的胎牛的Ⅰ型IFN升高，而感染ncp BVDV的胎牛Ⅰ型IFN未见升高，表明ncp BVDV可抑制胎牛Ⅰ型IFN的表达，使宿主在幼儿阶段产生持续性感染。

IFN处理ncp BVDV感染细胞和先用IFN处理后再感染BVDV，两种方法均可预防VSV、EMCV或仙台病毒的感染[8]。但在高浓度重组牛IFN-α中BVDV感染细胞连续传代10次仍可抵抗IFN的作用[9]。相比之下，IFN预处理在很大程度上可预防BVDV感染细胞。ncp BVDV逃避宿主的IFN防御，以建立和维持对感染病毒的“自身耐受”：①避免诱导IFN；②一旦感染建立，病毒(“自我”)可抵抗IFN的作用；③在相同宿主细胞中不干扰IFN对其它病毒(“非自身”)复制的作用。

1.3 BRSV免疫逃避机制BRSV是Ⅰ型IFN的弱诱导剂，对Ⅰ型IFN的抗病毒作用具有抗性。BRSV非结构蛋白NS1和NS2蛋白单独并不具有抗IFN活性，二者共同作用时导致病毒逃逸I型IFN诱导的细胞抗病毒机制。病毒感染或ds RNA刺激时，NS蛋白通过抑制IRF-3的激活来抑制IFN表达，NS蛋白阻断了IFN-γ的表达，从而导致BRSV对宿主的免疫逃避，增强BRSV的毒力[10]。

在动物感染BRSV的实验中，与注射组织培养液的对照组相比，感染BRSV后5 d和10 d，刀豆蛋白A(ConA)诱导淋巴细胞转化能力显著降低。与感染前和对照组相比，感染后5 d的CD4+T淋巴细胞对ConA的应答显著降低，实验表明，淋巴细胞的增殖或减少与BRSV的感染有关。研究表明，用表达BRSV融合蛋白F的质粒转染细胞，能够抑制牛外周血淋巴细胞(PBLs)的增殖，BRSV F蛋白能够抑制T淋巴细胞的增殖，从而实现免疫逃避[11]。

1.4 BPI3V免疫逃避机制 巨噬细胞和中性粒细胞产生的超氧阴离子、过氧化氢和一氧化氮，有助于杀伤吞噬的病原体。BPI3V通过抑制细胞溶质的产生，进而抑制肺泡巨噬细胞产生超氧阴离子。这种抑制作用与细胞膜对胞外钙离子的通透性增加及胞内钙离子浓度升高有关。研究表明BPI3V抑制肺泡巨噬细胞的氧依赖性杀菌功能和信号转导，这种抑制作用有助于BRDC病原体对宿主的免疫抑制及继发性感染[12]。BPI3V的V蛋白与黑色素瘤分化相关抗原5(MDA5)相互作用，抑制MDA5传递及诱导IFN表达，进而实现免疫逃避[13]。

1.5M.haemolytica免疫逃避机制M.haemolytica通过破坏上皮纤毛组织和抗菌因子接近细胞表面，再转移至肺部，导致肺部感染[14]。感染产生的白细胞毒素(LktA)利用CD18作为受体，溶解巨噬细胞、嗜中性粒细胞和其它白细胞亚群。LktA能够抑制淋巴细胞增殖，与B淋巴细胞相比，对T淋巴细胞抑制效果更显著，添加外源性IL-1或IL-2可降低LktA的抑制作用。据报道，LktA通过下调MHCⅡ类分子的表达影响Th细胞的活化，进而影响体液和细胞免疫应答，使细菌有效地定植于感染部位[15]。

1.6H.somni免疫逃避机制 研究表明，H.somni诱导肺泡巨噬细胞和中性粒细胞凋亡，同时H.somni产生的胞外多糖能够抑制超氧化物阴离子的产生，以避免细胞内杀伤。据报道，H.somni对一氧化氮介导的免疫也有抗性[16]。H.somni编码多个免疫球蛋白结合蛋白，以非抗原特异性方式结合IgG2，阻断了特异性抗体与H.somni结合。H.somni编码脂寡糖(LOS)可进行结构和抗原相变，LOS的外核可随机进行糖基化和磷酸化，其多个元件的相变可使H.somni逃避宿主体液免疫应答[17]。

1.7M.bovis免疫逃避机制M.bovis侵入机体后，与中性粒细胞膜相互作用，在蛋白激酶C的激发点或其远端，抑制中性粒细胞呼吸爆发，表现为抑制其化学发光，证明M.bovis感染能够抑制中性粒细胞的表达。体外研究表明，M.bovis能够诱导淋巴细胞凋亡。在M.bovis感染肺脏时，M.bovis分泌的淋巴抑制肽可抑制淋巴细胞的活化，与此同时，M.bovis通过阻止淋巴细胞中DNA的合成而抑制PBLs增殖[18]，从而在肺脏中实现免疫逃避。其另有研究表明，M.bovis可快速改变表面膜蛋白结构实现其免疫逃逸。M.bovis感染牛后，牛血清中的抗M.bovis抗体与M.bovis表面蛋白特异性反应后，抗M.bovis抗体抑制M.bovis靶蛋白的表达、缩短其表达长度、诱导其转换成表达抗原性不同的突变体蛋白质[19]。

2 BRDC病原体间协同作用

BRDC病原体在侵入宿主机体后存在一定的协同作用，任何一种BRDC病原体感染宿主时，均可以破坏宿主的免疫系统，导致T淋巴细胞等免疫细胞凋亡或损伤，从而利于其它病原体对宿主的感染和定植。研究表明，多种病原体并发感染会导致严重的BRDC。BHV-1与M.haemolytica均能够对上呼吸道造成损伤，破坏宿主免疫系统，从而使自身及其它BRDC病原体在上呼吸道感染定殖，并转移至其它组织器官。BPI3V感染导致气管和支气管黏膜上皮细胞脱落，留下非纤毛细胞，增加了M.haemolytica和P.multocida等BRDC细菌病原体的感染风险，容易产生继发性感染，导致严重的BRDC[20-21]。

BPI3V抑制肺泡巨噬细胞产生超氧阴离子，有助于其它BRDC病原体对宿主的免疫抑制作用和继发性感染的发生[22]。另外，M.haemolytica感染产生的LktA可下调MHCⅡ类分子，与其类似，BHV-1感染产生的UL49.5可下调MHCⅠ类分子，二者均抑制了CTL对BRDC病毒病原体的免疫反应，使宿主对BRDC其它病原体的易感性增强，从而导致病情加重。

研究表明，一种病原体的感染有助于其它病原体对淋巴细胞的免疫抑制。BVDV感染有助于BHV-1对淋巴细胞的免疫抑制[23]。BVDV感染小牛后接种BHV-1，与单独感染BVDV或单独感染BHV-1小牛相比，CD4+T、CD8+T细胞和中性粒细胞的消耗显著升高，表明BVDV可以促进BHV-1感染，加剧疾病进程[24]。小牛感染BRSV后，仅形成支气管炎，而BVDV与BRSV共感染会导致其严重的呼吸道疾病，包括肺小叶水肿、肺气肿和支气管炎等症状，在共感染小牛的胸腺和派耶尔淋巴结中CD8+和CD4+淋巴细胞显著降低，证明BVDV与BRSV之间存在协同作用，BVDV的感染有助于BRSV对淋巴细胞的免疫抑制。

3 结语

由于BRDC各个病原体已形成复杂多样的免疫逃避机制，相互之间存在协同作用，多种病原体并发感染会导致严重的BRDC。另外，由于导致BRDC的病原体较多及其病因的复杂，病原体间免疫逃避的协同作用使得单纯使用疫苗并不能完全预防BRDC的发生，给养牛业中的BRDC的预防造成了极大的困扰。因此，针对BRDC免疫逃避机制的研究有可能为有效预防BRDC提供新的防治手段和策略，为养牛业的健康发展提供安全保障。