猪繁殖与呼吸综合征的发病机制及免疫

文│胡志力 邹双林*（湖南省长沙市开福区动物卫生监督所）

猪繁殖与呼吸综合征最早的报道见于1987年的美国中部西部，随后在美洲、亚洲等地区的国家广泛流行，我国于1996年首次发现，2001～2002年发生第二次暴发性流行，2006年猪繁殖与呼吸综合征病毒变异毒株引发高致病性猪蓝耳病给我国猪养殖业造成了严重的经济影响。猪繁殖与呼吸综合征病毒属于动脉炎病毒科动脉炎病毒属的病毒，是长度约为15kb的单链正链RNA，编码了11个开放阅读框：ORF1a、ORF1b、ORF2a、ORF2b、ORF3～7，以及新发现的ORF5a和ORF2（TF）。ORF1a和ORF1b占基因组的75%，并略有重叠，其编码两种多蛋白，分别为pp1a和pp1b，其中pp1b由重叠区域中的-1核糖体移码翻译。pp1a包含4种病毒蛋白酶活性：两种木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶（PLP1α和PLP1β）、脊髓灰质炎病毒3C样半胱氨酸蛋白酶（CP或PLP2）和丝氨酸蛋白酶（SP），此外，基因还编码了多种非结构蛋白，分别为nsp1α、nsp1β、nsp2,和nsp4。PLP1α、PLP1β和PLP2分别从pp1a生成nsp1α、nsp1β和nsp2，nsp4中的SP通过nsp14生成nsp3。因此，通过自身蛋白水解处理从pp1a和pp1b产生14个nsps。在nsp2中新发现了两个额外的nsps，nsp2TF和nsp2N是通过-1/-2移码生成。剩下25%的病毒基因组编码9种结构蛋白；7种膜蛋白（GP2a、GP2b[E]、GP3、GP4、GP5a、GP5和M）和核衣壳（N）蛋白。

一、猪繁殖与呼吸综合征病毒致病的分子机制

1.抑制I型干扰素反应。先天免疫是宿主抵抗感染的第一道防线，而I型干扰素（IFNs-α/β）是对入侵病毒先天免疫中最有效的成分。IFNs-α/β是由细胞中复杂的信号传导过程产生的，一旦产生就会从细胞中释放出来，并与同一细胞（自分泌）或相邻细胞（旁分泌）上的受体结合。干扰素与其受体的结合使Janus激酶1（JAK1）和酪氨酸激酶2（Tyk2）磷酸化，并激活信号转导子和转录激活因子1（STAT1）和STAT2，从而募集干扰素反应因子9（IRF9）以形成IFN-刺激的基因因子3（ISGF3）复合物。ISGF3进入细胞核，并与干扰素刺激基因（ISGs）的干扰素刺激调节反应元件（ISRE）结合表达，而ISGs是建立细胞抗病毒状态和调节其他细胞功能的主要执行者。PRRSV对IFNs-α/β敏感，并且体外、体内试验均证实了猪繁殖与呼吸综合征病毒介导的IFNs抑制表明病毒已经进化为解除宿主的先天免疫，抑制I型IFN对病毒感染期间的存活有重要作用。目前，猪繁殖与呼吸综合征的6种蛋白质已被鉴定为IFN拮抗剂，分别为nsp1α、nsp1β、nsp2、nsp4、nsp11和N。

2.调节细胞凋亡。细胞凋亡是一种程序性细胞死亡，其中有两条主要途径；线粒体通路和死亡受体通路。线粒体途径受Bcl-2家族蛋白的调节，其特征是线粒体膜电位的破坏和细胞色素c的释放。死亡受体途径由肿瘤坏死因子受体1/Fas配体介导，其特征是形成激活caspase-8和caspase-10的死亡诱导信号复合物。其他上游调节因子，如JNK（c-JunN末端激酶）、UPR（未折叠蛋白反应）、氧化应激、p53和自噬也有助于细胞凋亡。猪繁殖与呼吸综合征病毒已被证明可诱导细胞凋亡，但有报道称，猪繁殖与呼吸综合征病毒可抑制细胞凋亡。由于试验条件及其他因素的影响，目前尚不清楚猪繁殖与呼吸综合征病毒对细胞凋亡调节的具体机制。但许多病毒具有凋亡、促凋亡和抗凋亡的双重功能，猪繁殖与呼吸综合征病毒是否同样具有双重功能需进一步的试验验证。

3.炎症细胞因子反应。感染过程中，在细胞中产生的病毒相关分子等可以被宿主受体识别，从而引发抗病毒反应，包括产生各种细胞因子和炎症反应的诱导。猪繁殖与呼吸综合征病毒感染会引起严重的间质性肺炎，表明炎症反应在PRRSV的感染和发病机制中起重要作用。以往研究表明，高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒在外周血中可产生高水平的炎症细胞因子（包括IL-1、IL-6和TNF-α），表明高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒可能会加重炎症，损伤组织器官。此外，在妊娠85天接受攻击并在感染后21天实施安乐死的妊娠后备母猪中，胎儿胸腺和脾脏中的细胞因子基因表达显著上调。猪繁殖与呼吸综合征病毒还上调PAM和小胶质细胞中的细胞因子。

4.与病毒增殖相关的其他细胞途径。猪繁殖与呼吸综合征病毒依靠宿主因素完成其复制周期，但宿主免疫系统限制了病毒复制，并能清除入侵病毒，这对病毒的增殖十分不利。为了在细胞内生存和繁殖，猪繁殖与呼吸综合征病毒通过抑制先天免疫、操纵细胞因子反应、调节细胞凋亡和自噬等途径来保证病毒的正常增殖。

二、宿主免疫反应

1.先天免疫。先天免疫系统是宿主抵抗病毒感染的第一道防线，包括物理屏障（包括皮肤、黏膜等）、化学屏障（如抗菌肽、脂质、酶）和免疫细胞［如单核细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和自然杀伤（NK）细胞］。在病毒感染后，宿主先天免疫系统的充分激活对防止病毒复制和入侵黏膜组织至关重要，此外，对启动对抗细胞内病原体的强适应性免疫也同样重要。有研究表明，低日龄的猪比成年猪更易感染猪繁殖与呼吸障碍综合征，这与低日龄猪先天免疫系统发育不良和对抗病毒免疫逃逸的反应有限有关。在黏膜部位激活的先天免疫反应在诱导针对肠道和呼吸道感染病原的黏膜免疫中发挥着重要作用，但许多猪病毒可通过调节宿主先天免疫来调节宿主的适应性免疫，从而导致慢性持续感染。猪繁殖与呼吸综合征病毒可调节宿主的免疫状态，从而有利于微生物感染，进而导致更高的发病率。

感染猪繁殖与呼吸综合征病毒会显著抑制自然杀伤细胞的细胞毒活性。感染猪繁殖与呼吸综合征的病猪分泌的先天免疫因子数量明显低于感染其他病毒的猪，因此，适应性免疫的激活被延迟和抑制，IFN-α表达量下降。

2.体液免疫。感染猪繁殖与呼吸综合征病毒后的7～9天会产生抗体反应，但没有证据表明对PRRSV感染有保护作用；血清中和抗体在28天后出现。中和抗体可提高仔猪被动免疫，这对仔猪预防经胎盘感染猪繁殖与呼吸综合征病毒发挥着重要作用，并且给母猪和仔猪提供了抵抗猪繁殖与呼吸综合征病毒感染的能力。但这种转移需要较高滴度的中和抗体。通过单次自然感染或疫苗接种的免疫仅能提供有限的保护，因此需要反复接种疫苗来提供较高水平的免疫保护力。此外，中和抗体通常具有疫苗毒株特异性，不同毒株的交叉保护能力较低。

3.自适应细胞介导的免疫。不同猪繁殖与呼吸综合征病毒毒株感染后产生的细胞免疫存在一定的差异，且不同毒株感染后的交叉反应可表现出不同的强毒，并且与细胞毒性CD8+IFNγ和CD8-IFNγ+细胞具有不同的相关性。在猪繁殖与呼吸综合征病毒特异性IFNγ产生细胞的频率和CD8表型方面，用不同病毒分离物刺激后，免疫反应明显不同，细胞因子的调节似乎更依赖于疫苗接种或感染状况，而不是不同分离株的刺激。在基因和蛋白质水平上，IL-10产生的变化似乎比TNFα的变化更相关。在猪繁殖与呼吸综合征病毒感染后，淋巴组织中特异性T细胞没有显著差异，病毒主要在扁桃体、胸骨和腹股沟淋巴结中持续感染，病毒载量减少了3～4个对数。但组织病毒水平和猪繁殖与呼吸综合征病毒特异性T细胞频率之间没有明显的相关性。猪繁殖与呼吸综合征病毒感染后，免疫分子表达失调是导致适应性免疫减弱的原因。病毒通过促进免疫抑制细胞因子IL-10和转化生长因子-β（TGF-β）的分泌来逃避宿主免疫。猪繁殖与呼吸综合征病毒感染诱导强烈的免疫抑制反应，导致Th1免疫反应延迟发生。猪繁殖与呼吸综合征病毒N蛋白的免疫调节特性导致Foxp3＋T调节细胞（Tregs）和IL-10产生的频率上调。诱导的Tregs可以抑制抗病毒免疫，从而促进猪繁殖与呼吸综合征病毒感染的建立。此外，B细胞和T细胞的细胞凋亡也在高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒感染中发挥了重要作用。

三、结语

猪繁殖与呼吸综合征是一种对世界猪养殖业危害极大的猪传染病，对我国生猪养殖已造成严重的经济损失。在研发猪繁殖与呼吸综合征的疫苗、特效治疗药物时，需对猪繁殖与呼吸综合病毒与宿主细胞之间的相互作用以及宿主对病毒感染后的免疫机制进行阐明，从而针对性从病毒入侵、复制及诱导的免疫调节机制中筛选出主要的药物靶点或疫苗靶蛋白。虽然目前对猪繁殖与呼吸综合征的生物学和生态学已取得了重大的研究突破，但病毒与宿主之间的相互作用及疫苗免疫学方面仍存在知识盲点，仍需进一步开展相关的研究工作，为猪繁殖与呼吸综合征的疫苗、药物和诊断试剂研发奠定基础。