中国非洲猪瘟疫情概况及其疫苗研究进展
2021-08-02崔钰晨陈骐
崔钰晨 陈骐
摘 要:非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲豬瘟病毒引起的猪高致命性传染病。目前,它被列为世界动物卫生组织报告的法定传染病和中国政府规定的一级动物疾病。自2018年8月爆发以来,ASF给中国养猪业带来了巨大的经济损失。中国ASF防控和根除的形势依然严峻,迫切需要安全有效的疫苗。重点分析了中国ASF疫苗的现状和发展趋势,并对ASF疫苗存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。关键词:非洲猪瘟;非洲猪瘟病毒;疫苗
中图分类号:S 858.28 文献标志码:A 文章编号:0253-2301(2021)04-0066-06
DOI: 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.04.011
Epidemic Situation of African Swine Fever in China and the Research Progress of Its Vaccine
CUI Yu-chen, CHEN Qi*
(South Biomedical Research Center, Fujian Normal University, Fuzhou, Fujian 350117, China)
Abstract: African swine fever (ASF) is a highly fatal infectious disease in pigs caused by African swine fever virus (ASFV). At present, it is listed as a legal infectious disease reported by the World Organization for Animal Health and a first-level animal disease specified by the Chinese government. Since the outbreak in August of 2018, ASF has brought huge economic losses to the pig industry of China. The situation of ASF prevention, control and eradication in China is still grim and there is an urgent need for the safe and effective vaccines. The current situation and development trend of ASF vaccines in China were analyzed emphatically, and the existing problems and future research directions of ASF vaccine were discussed.
Key words: African swine fever; African swine fever virus; Vaccines
非洲猪瘟(African swine fever, ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus, ASFV)感染野生猪和家猪引起的一种高度传染性动物传染病,所有品种和年龄均可被感染。急性型ASF起病快,病程短,主要表现为高热、食欲不振、发绀、内脏大出血,死亡率接近100%[1-2]。毒性较小的ASFV毒株可导致轻微的临床症状,亚急性形式的疾病,甚至慢性感染[3]。ASFV主要侵染单核、吞噬细胞(单核、巨噬细胞);而病毒对巨噬细胞功能的调节是致病和免疫逃避机制的关键[4]。
目前,ASF尚未得到有效控制,对全球养猪业构成严重威胁。由于目前还没有针对ASF的商业化疫苗,该病的控制只能靠早期发现、有效诊断、扑杀受感染和暴露的动物以及严格的卫生措施。对ASF的流行率、传播机制和致病性缺乏深入了解,给我国防治ASF带来了很大困难。本文结合当前中国ASF的流行情况介绍了ASF疫苗的最新进展和新出现的方法设计,以期为ASF疫苗的研发提供有用信息。
1 中国ASF疫情概况
ASF一直被列为我国重点监测的外来动物疾病。2018年7月1日至8月1日,辽宁省沈阳市沈北区某猪场383头猪死亡47头。当地兽医进行的尸检分析显示[5],猪脾脏出现极度肿胀和严重坏死,是典型的ASF病变。其他病理改变包括扁桃体和肺出血,下颌骨和肠系膜淋巴结的大理石样病变,胃浆膜大部分弥漫性出血。2018年,Zhou等[6]通过p72基因片段发现,我国首次诊断的ASFVSY18毒株属于Ⅱ型群,与格鲁吉亚、俄罗斯和爱沙尼亚分离出的毒株具有100%核酸同源性,说明这些毒株之间关系密切。
2021年3月,中国农业农村部报告了云南、四川、湖北三地发生的ASF疫情(均为外省违规调运)。我国ASF疫情流行趋势已由前期的集中爆发、发病快、死亡率高的急性传播特点逐渐转为目前零星发生、临床症状不明显、死亡率降低等特点。张艳艳等[7]的最新研究表明,在其实验室分离出的来自湖北的ASFV中出现了1株自然变异毒株。该毒株CD2v基因和8CR基因出现了共计1252 bp的缺失。该变异毒株应为我国境内首次出现和鉴定的无红细胞吸附活性及毒力可能致弱的自然变异株。Sun及其小组成员[8]在实验室中共分离到22个毒株,均为Ⅱ型ASFV。与中国的索引株HLJ/18相比,所有新分离出的毒株都发生了突变、缺失、插入或短片段替换。在选出4个新毒株进行毒力测试时发现,其中2株与HLJ/18一样高致死;而另外2株在猪群中表现出较低的毒力和较高的传播力。低毒力的天然突变体的出现给早期发现带来了更大的困难,也为ASF的控制提出了新的挑战。这些变异很可能与我国ASF疫情逐渐呈现亚急性症状有关,同时也使得ASFV的传播力更强、传播更加隐蔽不易察觉,从而引起更大范围的扩散。
ASF疫情的发生使中国生猪生产能力遭受了相当大的损失,给中国养猪业带来了沉重的打击[9]。由于ASFV传播的隐蔽性和复杂性,中国的疫情形势仍然严峻。ASF在中国流行的影响因素主要有:ASFV在环境中的抗逆性强、ASFV的传播方式复杂多样、人类活动对ASFV传播的推动作用、病猪养殖场传统的养殖模式等。
2 ASF病毒疫苗的研制现状
虽然早在20世纪初就发现了ASFV,但疫苗的研究却落后了40余年,这可能与ASFV庞大而复杂的基因组表现出明显的遗传多样性有关。到目前为止,宿主保护反应的确切机制尚未完全确定,保护抗原仍有待鉴定,这严重阻碍了疫苗的研制。
2.1 灭活疫苗
灭活疫苗是由致病微生物制成的,这些微生物通过物理、化学或辐射过程丧失或减弱了其感染能力,而又不损害微生物剂的抗原性[10]。为了克服较弱的免疫反应,一些灭活疫苗经常与佐剂一起使用。
20世纪60年代首次尝试了ASF灭活疫苗。传统的物理化学灭活病毒的方法,如用戊二醛和去污剂處理被ASFV感染的猪肺泡巨噬细胞(AM)[11]以及用乙酰氮丙啶和缩水甘油醛处理制备的ASF灭活疫苗免疫[12],均未达到理想的免疫效果。2014年,在接种二乙烯亚胺(BEI)灭活的ASFV Armenia08毒株与最新的PolygenTM或Emulsigen○R-D佐剂的疫苗接种的仔猪中检测到ASFV特异性抗体,但该毒株未能提供保护,并迅速观察到急性临床症状[13]。研究表明ASF灭活疫苗作为抗原疫苗,缺乏刺激机体产生完整细胞免疫反应的能力。因此,ASF灭活疫苗作用有限,不能产生针对非洲猪瘟强度的有效保护。
2.2 减毒活疫苗(LAVs)
2.2.1 传统的减毒活疫苗 经连续传代减毒的ASFV可以诱导对亲本株的保护性免疫应答。然而,接种自然减毒ASF疫苗的猪通常有许多严重的副作用,如发热、流产和慢性或持续性感染[14]。此外,还有毒力逆转的安全性问题。到目前为止,自然LAVs免疫保护效果还有待进一步阐明。鉴于我国目前ASF的情况,使用常规的LAVs应谨慎或禁止。如果没有匹配的技术和产品来区分感染或是接种的动物,使用自然减毒疫苗在很大程度上不利于ASFV在中国的根除。
2.2.2 基因缺失疫苗 ASFV通过调节宿主细胞蛋白表达来编码多种蛋白质,从而达到抑制和逃避宿主免疫应答[15-16]、干扰先天免疫系统[17-19]、调节细胞周期等作用[18,20-22],这对其自我增殖和扩散创造有利条件。通过探索涉及复制、毒力和免疫逃逸的ASFV编码基因,可以在减毒和免疫原性之间达到适当的平衡,这有助于设计合理删除基因的疫苗。此外,反向遗传学、基因编辑、同源重组等技术为开发下一代基因缺失疫苗提供了辅助手段,并在短期内逐步走向市场。
ASF基因缺失疫苗的安全性对实际应用至关重要。因此,研究疫苗的遗传稳定性,确定一定剂量范围内疫苗的安全性和免疫原性是必要的。从近年来基因缺失疫苗的研究来看,虽然大部分缺失ASFV毒力相关基因的基因缺失疫苗可以提供完全的保护,但由于毒力残留,仍然存在毒力返强的风险。2020年,中国农业科学院哈尔滨兽医研究所研究成果显示[23],通过删除中国株HLJ/2018多基因家族MGF360/505的6个基因获得的减毒株HLJ/186GD可保护猪免受亲本强毒株的攻击。然而,其安全性评估数据表明,HLJ/186GD转化为毒性毒株的风险很高。而进一步删除CD2v基因的HLJ/187GD则消除了这种风险,完全减毒,转化为毒性毒株的风险较低,可以对猪提供完全的抗致命ASFV的保护。该HLJ/187GD疫苗株是我国目前较具前景的候选疫苗株,即将进入临床试验阶段,有望在控制ASFV传播方面发挥重要作用。
目前,制约ASFV基因缺失疫苗研制的主要因素仍是对ASFV毒力相关基因和免疫逃逸机制的研究不足,以及接种引起的亚临床症状和病毒血症。一项最新研究表明,通过将传统的同源重组与流式细胞术相结合的快速分离和纯化缺失毒株的方法,可推动ASFV基因功能研究并加快基因缺失疫苗的开发过程[23]。有理由相信,在明确更多ASFV未知基因生物学功能的基础上,可以获得基因缺失疫苗的最佳组合。
2.3 亚单位疫苗和DNA疫苗
目前,ASF基因工程疫苗,如亚单位疫苗、DNA疫苗,提供了一种副作用少、安全性高的有针对性的方法。已有研究报道了几种ASFV蛋白作为ASF疫苗的主要靶点[24-29],并检测了这些蛋白的免疫保护能力,包括单个ASFV抗原靶标或多靶点混合疫苗接种。
然而,目前亚单位疫苗中使用的大部分ASFV保护性抗原不足以对接种猪提供完全的保护。总的来说,由于作为抗原的ASFV蛋白很少,即使出现中和抗体,也难以提供有效的免疫保护[29]。虽然DNA疫苗可以在宿主体内诱导高水平的特异性T细胞免疫应答[30-31],但它们仍然不能完全抵抗强毒株的挑战。通过DNA疫苗接种筛选的ASFV编码基因可能在剖析免疫机制和参与对ASFV抗原的保护方面发挥重要作用,但要达到提供有效免疫保护的目标仍有很长的路要走。
2.4 病毒载体疫苗
大量研究表明,病毒载体疫苗可诱导猪产生强烈的特异性抗体介导的体液免疫和IFN-γ分泌细胞反应,可对ASFV的攻击提供部分有效保护[32-34]。2019年, Lokhandwala等[35]用Ad-ASFV-I联合BioMize0226佐剂对猪进行免疫接种后发现,虽然可以诱导猪产生强烈的ASFV抗原特异性IgG应答,但接种后的猪无法抵抗强毒株Georgia 2007/1的挑战,并出现增强的免疫应答依赖性疾病。此外,在BioMize0226佐剂的存在下,ASFV-II诱导了更高的抗原特异性抗体应答,但有8/10的接种猪死于强毒株攻击。相反,ZTS01制剂诱导的抗体应答更弱,接种后5/9的猪能够抵抗同种毒株的攻击,存活猪临床症状轻微,无病毒血症。这些矛盾的研究结果表明免疫诱导的保护性免疫抗体反应并不一定与毒株抵抗力成正比,同时也反映出不同佐剂可能引起不同的先天免疫反应,需要进一步的研究和评估新抗原的有效性并选用适当的佐剂[35]。
目前,对ASFV的保护性和致病性免疫应答机理的了解有限,阻碍了病毒载体疫苗的发展。免疫过度刺激似乎是影响ASF病程的关键因素,高水平的抗体似乎对临床结果有着不利影响。而是否应该把重点转移到低免疫原性ASFV抗原还有待进一步探讨。
2.5 单周期病毒疫苗
单周期病毒疫苗是由存在复制缺陷的病毒在辅助细胞系中扩增、表达相应的缺失蛋白[36],在复制缺陷的前提下尽可能保存了病毒完整的免疫原性,因此,是一种安全性较高的新型疫苗。研究单周期病毒疫苗需要筛选出缺失相应复制基因的毒株及稳定的细胞系,目前还没有取得针对ASFV单周期病毒疫苗的全面、深入的研究成果,但已在单周期病毒疫苗中选出复制缺陷型裂谷热病毒(RVFV)作为RVFV的候选疫苗。该缺陷型RVFV在感染的细胞中只能进行单轮复制,在不引发免疫宿主全身感染的前提下提供保护性免疫[37]。
单周期病毒疫苗与减毒活疫苗相比,前者产生免疫反应后不会发生排毒和毒力反强等免疫副作用,是一种比较理想的疫苗。
2.6 结合疫苗接种策略
考虑到亚基疫苗和DNA疫苗都不能提供完全的保护,研究人员提出了新的疫苗接种策略[25,38],包括“鸡尾酒”疫苗接种和“Prime-Boost”疫苗接种策略等。这些策略可以在感染后迅速产生大量CD8+T细胞及自然杀伤细胞(NK细胞),以便了解诱导抗体介导的免疫反应和CD8+T细胞在免疫保护中的关键作用[39-40]。
在近年来的一些疫苗研究挑战中,免疫介导的ASFV感染和疾病增加,这些ASFV免疫原可能由于影响中和抗体产生的抗体依赖性增强(ADE)而导致更严重的症状。什么样的抗原可以起到保护作用,如何将抗原定向到特定的呈现途径,是目前研制ASFV基因工程疫苗急需解决的问题。结合现有病毒株的多样性,进一步探索ASFV的潜在保护性抗原和接种疫苗后将触发的最佳免疫机制,使用多种ASFV抗原或抗原片段,佐剂和表达载体的复杂制剂是ASFV基因工程疫苗的发展的新途径。
3 展望
自2018年8月中国首次出现ASF以来,疫情在全国持续快速蔓延。野猪和软蜱在中国的广泛分布可能使ASFV更容易形成一个自然的流行焦点。ASFV基因组中可变区长度较长,决定了其发生自然变异的频率较高[41]。且ASFV具有较为完备的免疫逃避机制、传播方式多样而复杂以及养猪业缺少相应的养殖规范等原因,致使ASF疫情发生100多年至今仍未产生出有效的商品化疫苗。目前,防控非洲猪瘟最有效的措施是预防,控制传染源、切断传播途径和保护易感动物,然而我国现在养殖模式多样、养殖密度高、从业人员生物安全意识淡薄,使我国ASF防控和根除形势十分严峻。
基于对ASF疫苗研究现状的分析,ASFV疫苗的研制還有很长的路要走。目前以具有复制缺陷的单周期病毒疫苗和敲除ASFV毒力基因减毒株开发的重组减毒活疫苗作为未来的中期及短期候选疫苗前景最为乐观。但在实际应用前,需要对候选毒株的毒力返强、不良反应、持续感染等安全风险进行综合评估。最重要的是,有关病毒如何调节宿主对感染的反应的基础研究以及研究病毒编码蛋白在逃避宿主防御中的作用将有助于开发下一代重组减毒活疫苗[38]。ASF亚单位疫苗、DNA疫苗和病毒载体疫苗具有巨大的研究潜力,在安全性和诊断技术上具有很大优势。然而必须考虑到,虽然这些疫苗可以诱导强烈的特异性体液免疫和细胞免疫,但它们很少能对致命的ASFV毒株提供完全的免疫保护。
在取得有效的商品化疫苗之前,采取科学的ASF常态化防控手段同样至关重要。由于ASFV易变异的遗传学特征,滥用免疫增强药物和治疗性药物很有可能会促进变异毒株的产生,同时还会掩盖发病猪的临床症状增加误诊的几率,不利于及时发现和控制疫情,因此杜绝药物滥用、加强ASF流行病监测和建立完善的诊断技术体系,才能从根本上科学预防ASF疫情持续发展。此外,基于目前我国已经出现致病力减弱但传播力更强、更不易察觉的自然变异毒株,应对感染该变异毒株的猪群果断扑杀清除,才能避免变异毒株在更大范围内传播扩散[7]。
现阶段,中国开展了针对ASFV、疫苗研制、检测技术、流行病学、特种消毒剂、病媒控制等重大基础科学的专项研究,为我国ASF防控提供了重要的科技支撑。此外,中国ASF疫苗研发的阶段性成果极大地鼓舞了人民战胜ASF的信心。正如世界动物卫生组织关于ASF情况的报告所述,应鼓励区域间合作,以遏制这一跨界传播疾病的蔓延。控制ASF将是一场具有挑战性的长期战斗,需要所有国家和国际利益相关者的共同参与和
协调。
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