牛病毒性腹泻病毒的病原学、致病机制及免疫反应的研究进展

张天生

（乌拉特中旗德岭山镇综合保障和技术推广中心 内蒙古巴彦淖尔 015300）

牛病毒性腹泻最早的报道见于1946 年的美国，1957 年首次分离到牛病毒性腹泻病毒[1]。目前，牛病毒性腹泻病毒在世界范围内广泛分布，给全世界牛养殖业造成了严重的经济损失。牛病毒性腹泻病毒可感染多种家畜和野生动物，如牛、绵羊、山羊、骆驼等。牛感染牛病毒性腹泻病毒后可出现腹泻、呼吸系统疾病、免疫抑制、生长迟缓、流产、繁殖能力下降等，对牛养殖可造成严重的危害[2]。本文对牛病毒性腹泻病毒的病原学、致病机制和免疫反应的研究进展进行综述，希望为牛病毒性腹泻病病毒疫苗和特效药物的研发提供参考。

1 病原学

牛病毒性腹泻病毒是黄病毒科瘟病毒属的病毒，同属的成员有边界病毒和猪瘟病毒，并且三种病毒的蛋白质结构、抗原和遗传物质具有一定的相似性，因此三种病毒存在血清交叉反应。牛病毒性腹泻病毒的病毒粒子呈球形至半球形，外层有双层脂质囊膜，直径为40～60 nm[3]。

1.2 分类

牛病毒性腹泻病毒可分为3 种，分别为牛病毒性腹泻病毒1型、牛病毒性腹泻病毒2 型和HoBi 样病毒。系统发育分析牛病毒性腹泻病毒1 型分离为至少21 种亚基因型（1a-1u），牛病毒性腹泻病毒2 型有4 种亚基因型（2a-2d），HoBi 样病毒有4 种亚基因型（a-d）。牛病毒性腹泻病毒1b 亚型一直是全球主要的亚基因型，其次是牛病毒性腹泻病毒1a 亚型1c 亚型。牛病毒性腹泻病毒亚基因型2a 在全球范围内最为普遍，而牛病毒性腹泻病毒2b、2c 和2d 仅在欧洲和亚洲国家的部分地区检测到。此外，迄今为止，仅在南美、欧洲和亚洲检测到HoBi 样病毒，而在北美未检测到[4]。

1.3 基因组结构

牛病毒性腹泻病毒基因组的大小约为12.3 kb，由一个开放阅读框组成，两侧是短的5’-和3’-非翻译区。牛病毒性腹泻病毒的5’-UTR 包含一个内部核糖体进入位点，其功能是启动单个多蛋白的翻译。内部核糖体进入位点由3 个螺旋组成，其中包含两个高度可变的区域。3’-UTR 包含保守的茎环而不是poly-A 尾巴，并具有结合多个宿主细胞microRNA 的位点。开放阅读框编码一个大的多聚蛋白，该多聚蛋白在翻译后被加工成四种结构蛋白和八种非结构蛋白。基因组结构如下（NH2-Npro/C/Erns/E1/E2/p7/NS2/NS3/NS4A/NS4B/NS5A/NS5B-COOH）。牛病毒性腹泻病毒核糖体移码主要是由于Npro 编码区缺少一个核苷酸，这发生在牛病毒性腹泻病毒的SD-1 株中，导致感染细胞中病毒RNA 和病毒蛋白减少[5]。

1.4 蛋白构成

牛病毒性腹泻病毒编码一种多蛋白，该多蛋白在翻译后被切割成四种结构蛋白（C、Erns、E1 和E2）和8 种非结构蛋白（Npro、p7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A、NS5B）。牛病毒性腹泻病毒的结构蛋白可分为三种包膜蛋白（Erns、E1 和E2）和一种衣壳蛋白（核衣壳蛋白C）。在结构蛋白中，C 蛋白是最丰富的蛋白质，其次是Erns，而E1 和E2 的含量又较低。在病毒表面，E2 是最丰富的表面蛋白，可诱导针对牛病毒性腹泻病毒的免疫反应，其次是Erns。所有包膜蛋白均作为前体蛋白Erns/E1 E2 产生，后者通过两步切割反应产生游离包膜蛋白Erns、E1 和E2。E1 和E2 都包含跨膜结构域，而Erns 仅锚定在膜上.。牛病毒性腹泻病毒的脂质含有更多的胆固醇、鞘磷脂和己糖基神经酰胺，而甘油磷脂则更少，脂质分选机制未知，但胆固醇和鞘磷脂被证明对牛病毒性腹泻病毒进入宿主细胞具有重要作用。Erns 蛋白是瘟病毒基因组中独特的蛋白质之一，可以与核苷酸底物结合并具有核糖核酸酶活性。Erns 蛋白质在结构上与来自植物和真菌的T2 核糖核酸酶高度相似。Erns 被认为在病毒复制的早期形成异二聚体，这表明其在病毒附着于靶细胞中的发挥作用。牛病毒性腹泻病毒的表面主要由E2-E2 同二聚体和E1-E2 异二聚体组成，这种异二聚体是病毒与宿主细胞融合的最重要的蛋白质。N pro 蛋白是第一个从病毒多聚蛋白的N 端产生的蛋白，分子量约为20 kDa，是瘟病毒特有的蛋白。牛病毒性腹泻病毒的N pro 蛋白可以调节I 型干扰素的产生或抑制，并影响病毒的复制能力，导致感染动物的先天免疫抑制。病毒蛋白p7 是一种源自E2 的6～7 kDa 多肽，可参与感染性BVDV 颗粒的形成并促进病毒释放，然而该功能的机制仍不清楚。NS4B 是一种具有NTPase 活性的35 kDa 疏水蛋白，参与牛病毒性腹泻病毒的基因组复制。NS4B 含有高度保守的表位，可在病毒感染后诱导体液和细胞免疫反应，因此，NS4B 是疾病诊断、疫苗开发和感染治疗的主要目标蛋白[6]。

2 致病机制

怀孕母牛感染牛病毒性腹泻病毒后可导致多种症状，包括早期胚胎死亡、胎儿畸形以及胎儿的持续感染。持续感染牛在环境中可持续排毒，其在牛病毒性腹泻病毒的传播中有着重要的作用。持续性感染的牛在生长过程中可通过分泌物和排泄物排出牛病毒性腹泻病毒，从而导致环境被污染，其他易感染物接触被污染的环境或物品后感染风险升高。持续性感染的牛在整个饲养周期中不易被发现，尤其是在持续感染犊牛在出生后由于初乳中含有的抗体作用下，更不易被发现。牛更易感染牛病毒性腹泻病毒，主要是与其2 号和26 号染色体上某些基因座有关，这些区域在牛的易感性和持续性感染中有着重要的功能。

宿主细胞的CD46 是牛病毒性腹泻病毒结合的受体，部分毒株可通过CD46 独立机制从感染的细胞传播到易感细胞中。在牛病毒性腹泻病毒感染中，E2 蛋白与CD46 受体的结合起主要作用，但是在其他研究中发现该结合并非是必需的步骤，表明其他蛋白可能也参与病毒和宿主结合过程。在进入细胞后，牛病毒性腹泻病毒需要8～9h 才能完成整个复制过程，病毒滴度峰值出现在感染后16h。牛病毒性腹泻病毒的复制还需要通过NS2-3 的切割机制进行调节，NS2-3 的切割机制由需要DNAJC14（一种限制性细胞辅助因子）的NS2 蛋白酶活性作用。NS2-3 的切割导致NS3 的产生，这是复制的重要部分。在复制过程中，牛病毒性腹泻病毒的5’UTR 会阻止5’-3’核糖核酸外切酶并抑制其活性，从而导致许多正常情况下寿命较短的细胞mRNA 的半衰期显著增加[7]。

3 免疫反应

牛病毒性腹泻病毒感染后可导致宿主出现持续性感染和免疫抑制。自然感染牛病毒性腹泻病毒后的保护性免疫以激活病毒特异性体液和细胞免疫反应为特征，在体液和细胞介导的免疫反应中，主要针对NS3 和E2 蛋白的CD4+T 辅助细胞是针对病毒的保护性免疫发展的关键参与者。B 细胞激活后，从感染的第14 d 开始可检测到中和抗体。最有效的中和抗体主要针对表面蛋白E2，而对Erns特异的抗体具有较低的中和活性。虽然一些抗体靶向E1，但牛病毒性腹泻病毒的主要结构蛋白不会诱导B 细胞活化和抗体产生。此外，非结构蛋白NS2-3 也可诱导强烈的抗体反应[8，9]。

牛病毒性腹泻病毒诱导的免疫抑制已在自然感染的动物中发现，包括短暂或持续感染，以及实验性人工感染后。牛病毒性腹泻病毒的免疫抑制作用包括免疫细胞组成的变化、白细胞免疫表型的改变以及免疫细胞功能的一些缺陷，导致其他病原体继发感染的疾病严重程度增加。牛病毒性腹泻病毒还显示出对几种适应性免疫细胞功能的抑制作用，如与来自健康动物的细胞相比，来自受感染动物的牛淋巴细胞的多克隆促有丝分裂刺激诱导增殖反应降低。病毒RNA 会诱导IFN 的产生和合成，但牛病毒性腹泻病毒的Erns 会抑制病毒RNA 较早触发的IFN 产生途径。此外，Npro 在细胞培养中的病毒复制过程中诱导IRF3（必需IFN 激活因子）的降解[9]。

4 结语

近年来，牛病毒性腹泻病毒感染率持续增加，给世界各国牛养殖业造成了不同程度的经济损失。国内外已有多种牛病毒性腹泻疫苗或与其他疫病的联合疫苗上市，对于牛病毒性腹泻的防控有着关键的作用。但是，牛病毒性腹泻病毒的感染机制、免疫逃逸机制、跨物种传播机制等仍存在较多的知识盲区，不利于牛病毒性腹泻的防控方法、特效药物以新型疫苗的研制，因此仍需进一步研究牛病毒性腹泻病毒的分子特征、病原特点、传播机制、致病机制以及免疫反应，以为新型诊断试剂的研发以及疫苗、药物的研制奠定基础。■