翟銀建 沈?qū)W懷 潘孝成 趙瑞宏
摘要:豬細(xì)小病毒能引起母豬以初產(chǎn)發(fā)生流產(chǎn)、不孕,產(chǎn)死胎、畸形胎、木乃伊胎及弱仔等為特征的豬,繁殖障礙性疾病。豬細(xì)小病毒病在世界各地的豬場(chǎng)廣泛流行,給養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重的損失。該文主要對(duì)豬細(xì)小病毒的生物學(xué)特性、致病機(jī)理及分子結(jié)構(gòu)特性等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述,以期為豬細(xì)小病毒病的研究和防控提供參考。關(guān)鍵詞:豬細(xì)小病毒;分子病原學(xué);生物學(xué)特性;致病機(jī)理;分子結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào):S855.3
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
doi:1 0.3969/j .issn.2096-3637.2019.11 .009
引言
豬細(xì)小病毒病是由豬細(xì)小病毒( Porcine parvovlrus,PPV)引起母豬繁殖機(jī)能障礙的主要疾病之一,主要導(dǎo)致母豬特別是初產(chǎn)母豬流產(chǎn),產(chǎn)出死胎、畸形胎、木乃伊胎及病弱仔豬,以及部分仔豬關(guān)節(jié)炎和腹瀉等癥狀[1-3]。德國(guó)科學(xué)家Mary和Mahnel在1966年進(jìn)行豬瘟病毒組織培養(yǎng)時(shí)首次發(fā)現(xiàn)豬細(xì)小病毒,首次證明了其致病性。1967年,Huygelen研究團(tuán)隊(duì)在豬腎細(xì)胞培養(yǎng)物中也分離到了一株細(xì)小病毒,并在次年證明該病毒為DNA病毒[4]。白20世紀(jì)60年代,從歐洲、亞洲、美洲等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼分離出該病毒,我國(guó)于1982年和1985年由潘雪珠等分離到2株該病毒,分別命名為PPVS-1株和PPVS-2株[5-6]。目前該病呈現(xiàn)世界性分布并在大多數(shù)地區(qū)呈地方流行性,而且該病感染母豬后無明顯臨床癥狀,很容易造成廣泛傳播,給養(yǎng)豬業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重影響和制約養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展[2]。
PPV病原生物學(xué)特性
1.1 PPV形態(tài)特征及分類
PPV是一種較小、外觀呈現(xiàn)六角形或圓形、二十面等軸立體對(duì)稱的無囊膜病毒,通過電鏡觀察,直徑約為20-26nm,能通過42nm的濾器,衣殼由32個(gè)殼粒組成[8],PPV病毒粒子通常有2種形式,一種是含有核酸和衣殼的完全病毒,另一種是沒有核酸只有衣殼且衣殼呈中空的病毒,2種存在形式的PPV在氯化銫中的浮密度分別為1.39 g/mL和1.30g/mL,雖然存在形式不同,但都可凝集紅細(xì)胞[9]。PPV屬于細(xì)小病毒科、細(xì)小病毒屬成員,是目前動(dòng)物病毒中僅次于圓環(huán)病毒的最小最簡(jiǎn)單的一類單鏈線狀DNA病毒。目前發(fā)現(xiàn)的犬細(xì)小病毒(Canine parvovirus)、鼠細(xì)小病毒( Mice Minutevirus)、鵝細(xì)小病毒(Gooseparvovirus)等與PPV都同屬細(xì)小病毒屬的成員,并且這些同屬的細(xì)小病毒在進(jìn)化關(guān)系上具有很高的同源性[10]。
1.2 PPV理化性質(zhì)
PPV具有較強(qiáng)的耐熱性,56℃條件下處理30 min后病毒的血凝性和傳染性都沒有明顯變化,70℃處理后感染能力仍未喪失,只有略微下降,80℃處理5min,才會(huì)失去感染力和血凝性[11-12]。PPV在4℃條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定,在-20℃條件下其毒力可以保存1年以上不受影響[13]。PPV對(duì)酶、脂溶劑及有機(jī)溶劑同樣也具有很強(qiáng)的抵抗力,對(duì)常規(guī)消毒劑有一定的抵抗力,在罔舍及排泄物等白然條件下可存活14周以上,PPV對(duì)酸堿具有很強(qiáng)的耐受性,pH在3.0-10.0范圍內(nèi)不影響病毒的感染能力,通常在0 5%氫氧化鈉、2%戊二醛或3%甲醛長(zhǎng)時(shí)間作用下才能使病毒滅活[14]。研究發(fā)現(xiàn),PPV在體外培養(yǎng)增殖時(shí)在胰酶的短時(shí)間作用不僅對(duì)病毒懸液的感染性沒有影響,反而可增加病毒復(fù)制的滴度[15]。
1.3 PPV體外培養(yǎng)特性
PPV的細(xì)胞適應(yīng)性廣泛,可以在豬原代細(xì)胞、次代細(xì)胞或傳代細(xì)胞,包括豬睪丸細(xì)胞系、豬腎細(xì)胞系、牛腎細(xì)胞系等細(xì)胞系上復(fù)制增殖,甚至可在Hela、Hep-2等人的細(xì)脆系上正常生長(zhǎng)[16]。PPV的細(xì)胞培養(yǎng)接毒與其他病毒培養(yǎng)的方法有明顯區(qū)別,接種時(shí)機(jī)應(yīng)在細(xì)胞增殖最旺盛時(shí),通常是待細(xì)胞鋪壁占細(xì)胞瓶的1/2或1/3時(shí)接毒,這是由于PPV需要依靠宿主細(xì)胞DNA聚合酶進(jìn)行病毒自身核酸的復(fù)制,當(dāng)接種條件適當(dāng)時(shí),通常接種后2-3d即可出現(xiàn)明顯的細(xì)胞病變[17]。雖然PPV可以在多種細(xì)胞上進(jìn)行增殖,但其對(duì)不同種類細(xì)胞的適應(yīng)性有明顯差異,研究證實(shí)PPV對(duì)豬睪丸細(xì)胞系(ST細(xì)胞系)的適應(yīng)性最好,豬腎細(xì)胞系(PK-1 5細(xì)胞系)[18]。PPV在細(xì)胞中多次傳代后,以空病毒粒子形式出現(xiàn)的病毒顆粒比例會(huì)升高,進(jìn)而會(huì)抑制病毒的復(fù)制,因此,體外高傳代培養(yǎng)病毒時(shí),病毒滴度會(huì)有較為明顯的降低[19]。PPV還存在接毒時(shí)間、劑量的依賴性差異,李智力等人通過對(duì)PPV接毒時(shí)間TOI、MOI和收毒時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化,成功建立了基于PK-15細(xì)胞反應(yīng)器微載體懸浮培養(yǎng)的PPV培養(yǎng)工藝,在5L反應(yīng)器上最大病毒滴度達(dá)到107.2TCID50/mL,并首次發(fā)現(xiàn)乳酸對(duì)葡萄糖得率與病毒滴度具有正相關(guān)性[20]。
PPV感染臨床癥狀及致病機(jī)理
PPV感染以母豬的繁殖障礙為主要特征,即產(chǎn)死產(chǎn)、木乃伊胎、胚胎死亡和不孕,在急性感染條件下,雖然沒有明顯的臨床表現(xiàn),但在發(fā)病母豬和仔豬的器官和組織內(nèi)發(fā)現(xiàn)有大量PPV才存在。母豬在懷孕期感染PPV往往不會(huì)引起明顯的特征性病變,但其可能引起子宮內(nèi)膜輕度炎癥、子宮上皮組織和固有層出現(xiàn)彌漫性或者局灶性的單核細(xì)胞浸潤(rùn)、妊娠黃體萎縮、胎盤鈣化等癥狀;流產(chǎn)死胎肝臟、脾臟、腎臟等明顯腫大、質(zhì)地變脆、色素暗沉等;感染的體弱仔豬產(chǎn)m后,在四肢及頸胸部的內(nèi)側(cè)出現(xiàn)淤血斑,并有m血現(xiàn)象,全身皮膚黏膜發(fā)紺,最后衰竭死亡;感染死胎經(jīng)組織病理學(xué)觀察,可在組織器官內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量細(xì)胞壞死和核內(nèi)包涵體,大腦出現(xiàn)特征性的腦膜炎病變[21-22]。研究表明,PPV與豬的消瘦綜合征以及豬的非化膿性心肌炎有關(guān)[23]。張洪玲[24]對(duì)PPV誘導(dǎo)豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),PPV可通過激活p53介導(dǎo)的線粒體通路誘導(dǎo)PK-15細(xì)胞凋亡,PPV感染原代和永生化豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞,通過激活細(xì)胞內(nèi)Fas/FasL介導(dǎo)的通路和p53介導(dǎo)的線粒體通路誘導(dǎo)豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡。張棵[25]研究PPV感染對(duì)黃體細(xì)胞的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),PPV感染激活了p53信號(hào)通路,并通過活化的p53調(diào)控線粒體通路誘導(dǎo)黃體細(xì)胞凋亡,并可通過下調(diào)孕酮合成過程中的關(guān)鍵蛋白StAR及關(guān)鍵酶3B-HSD和CYPllA1的表達(dá),抑制黃體細(xì)胞孕酮的合成。張?jiān)姥芯勘砻鱌PV感染ST細(xì)胞后可誘導(dǎo)細(xì)胞白噬的發(fā)生,而且白噬的發(fā)生反向促進(jìn)病毒的復(fù)制,并揭示了atg5基因在其中發(fā)揮的重要作用,該研究為探明PPV的致病機(jī)理提供新的理論依據(jù)[26]。
PPV分子結(jié)構(gòu)特征
3.1 PPV基因組結(jié)構(gòu)
PPV是能夠白主復(fù)制的單鏈線狀DNA病毒,大小約為5000bp,成熟的病毒粒子僅含有負(fù)鏈DNA基因組。由于病毒單鏈基因很容易發(fā)生折疊,進(jìn)而結(jié)合構(gòu)成Y形發(fā)夾結(jié)構(gòu)和U形發(fā)夾等二級(jí)結(jié)構(gòu)[27]。成熟病毒粒子DNA的3端Y字形結(jié)構(gòu)由120個(gè)核苷酸構(gòu)成,根部有80個(gè)核苷酸形成,Y字上部40個(gè)核苷酸構(gòu)成,其中3端的部分基因是保守序列;5'端U形結(jié)構(gòu)由127nt構(gòu)成,是通過1個(gè)24nt的短回文序列截?cái)嗔?'端127nt處的回文序列折疊而成,5'端環(huán)狀結(jié)構(gòu)(Loop)在對(duì)病毒核酸的復(fù)制發(fā)揮重要作用,如果丟失PPV將無法復(fù)制,但如果在5'端核酸70-80個(gè)核苷酸的位置發(fā)生少量的基因丟失,并不會(huì)對(duì)PPV在宿中細(xì)胞中的核酸復(fù)制產(chǎn)生影響[25]。PPV具有ORF1和ORF2 2個(gè)開放閱讀框,5'端的開放閱讀框負(fù)責(zé)編碼非結(jié)構(gòu)蛋白,3'端的開放閱讀框負(fù)責(zé)編碼結(jié)構(gòu)蛋白,其中由P4早期啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的NS1和NS22個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白對(duì)病毒DNA的復(fù)制發(fā)揮重要作用;晚期啟動(dòng)子P40轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)蛋白VPI和VP2,兩者以1:10的比例組裝形成直徑約20-25nm的核衣殼[29]。VP2結(jié)構(gòu)蛋白完全包含于VP1蛋白中,并與之重疊,VP3結(jié)構(gòu)蛋白則由VP2蛋白切割形成,所以轉(zhuǎn)錄的mRNAs都終止于94-96mu的Poly (A)終止信號(hào)處[30]。
3.2 PPV的DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄
PPV的復(fù)制需要借助宿主細(xì)胞的體系完成,當(dāng)細(xì)胞處于旺盛的有絲分裂時(shí),細(xì)胞內(nèi)積聚的DNA聚合酶可以被PPV用于合成白身基因組,因此,處于細(xì)胞周期S期的晚期和G2期早期的細(xì)胞最有利于該病毒的復(fù)制。在PPV基因組復(fù)制過程中,其3'端可進(jìn)行自我回折,產(chǎn)生DNA聚合酶所需引物-OH,因此PPV的復(fù)制過程不需要DNA環(huán)化和RNA引物的作用,在DNA聚合酶的作用下,從PPV基因組3'端Y型發(fā)夾結(jié)構(gòu)起始合成互補(bǔ)鏈,將感染的親代DNA轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈復(fù)制型DNA,然后以合成的正反鏈DNA為模板,合成子代病毒組裝所需的DNA和轉(zhuǎn)錄mRNA[31]。
PPV感染宿主細(xì)胞后,早期啟動(dòng)子P4從基因組的225核苷酸處起始轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生的原始轉(zhuǎn)錄物為PT4;晚期啟動(dòng)子P40從2035核苷酸處起始轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄物PT40,2個(gè)轉(zhuǎn)錄共同終止于poly (A)的終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)區(qū)。PT4分別經(jīng)過C型拼接、D型拼接或者不進(jìn)行拼接,產(chǎn)生大量的次級(jí)轉(zhuǎn)錄基因,分別翻譯為結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白。編碼161個(gè)氨基酸的非結(jié)構(gòu)蛋白NS2( 18.1KD),該蛋白N端的86個(gè)氨基酸與NSI完全相同,NS2獨(dú)有的75個(gè)氨基酸分布在蛋白的C末端;非結(jié)構(gòu)蛋白NS3(12.4KD)由106個(gè)氨基酸構(gòu)成,其N端的86個(gè)氨基酸序列與NSI完全一致,C端的20個(gè)氨基酸與NS1不同,但與VP1編碼區(qū)重疊,然而目前仍沒有明確的證據(jù)證明PPV感染的細(xì)胞中存在NS3蛋白;PT4不經(jīng)過拼接產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)蛋白NS1,由663個(gè)氨基酸構(gòu)成;PT40通過B型拼接產(chǎn)生約29 kb的VPlmRNA,經(jīng)過A型拼接產(chǎn)生約29kb的VP2 mRNA,VPI mRNA和VP2 mRNA從不同位置的ATG起始翻譯,產(chǎn)生2種結(jié)構(gòu)蛋白VPI(80.9KD)和VP2(6.43KD)[32].
3.3 PPV主要結(jié)構(gòu)蛋白及功能
PPV基因組編碼3種結(jié)構(gòu)蛋白,分別是分子質(zhì)量為83KD的VP1、為64KD的VP2和60KD的VP3,均是由基因組右側(cè)的ORF編碼,而VP3不是由mRNA翻譯的產(chǎn)物,則是VP2水解后的產(chǎn)物[33]。在VP1蛋白的N端存在一個(gè)脯氨酸積聚區(qū)域,該區(qū)域在介導(dǎo)PPV進(jìn)入宿主細(xì)胞中發(fā)揮關(guān)鍵作用;VP2是具有紅細(xì)胞凝集功能的蛋白,同時(shí)也是構(gòu)成病毒殼表面蛋白的主要成分,此外,VP2蛋白還可以進(jìn)行自我裝配,形成類病毒的蛋白粒子,陔蛋白粒子具有良好的免疫原性,能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)[34]。宋文博[35等通過PCR擴(kuò)增8株P(guān)PV毒株的VP2基因,通過測(cè)序比對(duì)發(fā)現(xiàn),不同分離毒株的VP2蛋白氨基酸同源性較高,僅存在個(gè)別氨基酸位點(diǎn)的差異,同時(shí)也構(gòu)建了rPRVSMX-VP2重組毒株,通過小鼠安全性試驗(yàn)證明:rPRVSMX-VP2可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生與載體毒相當(dāng)水平的PPV抗體,誘導(dǎo)產(chǎn)生的PPV血凝抑制抗體(HI抗體)可達(dá)到1:27。VP1、VP2和VP33種蛋白是PPV的結(jié)構(gòu)蛋白,也是具有良好免疫原性的蛋白,Mollter[36]等分別用VP1、VP2和VP3 3種蛋白免疫家兔均能誘導(dǎo)產(chǎn)生抑制血凝抗體和中和抗體,并且血凝抑制抗體滴度和中和滴度具有平行關(guān)系,并且發(fā)現(xiàn)在豬細(xì)小病毒的結(jié)構(gòu)蛋白上存在3個(gè)抗原表位區(qū),分別是病毒蛋白轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)區(qū)Loopl和Loop3近區(qū)域、二折疊下陷和三折疊突起區(qū)之間和鄰近三折疊中心區(qū),這些外露的抗原表位區(qū)域,可誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生中和性抗體。
3.4
PPV主要非結(jié)構(gòu)蛋白及功能
PPV基因組編碼3種非結(jié)構(gòu)蛋白,分別是分子質(zhì)量為78.5 KD的NS1、18.1 KD的NS1、12.4KD的NS3,均是由基因組左側(cè)的ORF編碼,NSI和NS22種非結(jié)構(gòu)蛋白均是從P4啟動(dòng)子開始轉(zhuǎn)錄,2種非結(jié)構(gòu)蛋白在病毒的復(fù)制和包裝中發(fā)揮十分重要的作用[37]。近年的研究發(fā)現(xiàn),除NSI和NS22種非結(jié)構(gòu)蛋白外,SAT蛋白也是一個(gè)晚期的NS蛋白,其轉(zhuǎn)錄南晚期啟動(dòng)子調(diào)控,但目前關(guān)于SAT蛋白的研究很少,其生物學(xué)作用仍然不清楚[38]。NS1蛋白是由經(jīng)拼接大小為4.7kb的mRNA翻譯產(chǎn)生,其含有細(xì)小病毒屬病毒共有的保守守序列[39]。孫秀[40]對(duì)分離到的45株P(guān)PV毒株的NSI基因進(jìn)行克隆,并對(duì)基因序列進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果發(fā)現(xiàn),NSI核酸序列同源性性達(dá)98.2% - gg.g%,氨基酸序列同源性為98.0%-99.7%,結(jié)果同樣表明PPV的NSI基因具有高度的同源性,通過對(duì)氨基酸序列的比對(duì)分析,發(fā)現(xiàn)相對(duì)容易突變的氨基酸位點(diǎn)有12個(gè),其氨基酸位點(diǎn)依次為55(V→A)、59(N→D)、164(V→A)、195(R→K)、242(G→S)、358(S→G)、544( A→S)、562( K→R)、568 (M→I)、579(Q→K,Q→P)、590( D→N)和633( I→M,I→V)。研究發(fā)現(xiàn),NS1蛋白在細(xì)小病毒的組裝過程中發(fā)揮重要作用,在病毒新復(fù)制的單鏈DNA基因組的5'末端通過共價(jià)健與NS1連結(jié),隨后在病毒轉(zhuǎn)配過程中NS1被移除,并且連在病毒粒子的外層[41]。非結(jié)構(gòu)蛋白NSI同樣具有抗原性,并雖然其含量很低,但在病毒復(fù)制時(shí)能持續(xù)刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體。PPV的NS2蛋白南161個(gè)氨基酸構(gòu)成,NS2蛋白的表達(dá)對(duì)宿主細(xì)胞有一定的選擇性,不是在所有的宿主細(xì)胞中都能表達(dá)NS2蛋白,只在相適應(yīng)宿主細(xì)胞中才會(huì)表達(dá)[42]。由于NS2蛋白和NS3蛋白相對(duì)較小,對(duì)這2種非結(jié)構(gòu)蛋白的研究較少,對(duì)其承擔(dān)的生物學(xué)功能和意義仍然不十分清楚,有待進(jìn)一步研究。
結(jié)束語(yǔ)
PPV早期的研究主要集中于病原學(xué)、理化性質(zhì)、防治措施等方面,白20世紀(jì)80年代,各國(guó)的研究者逐漸加強(qiáng)了關(guān)于PPV分子結(jié)構(gòu)和基因組成等方面研究。目前,對(duì)PPV的分子結(jié)構(gòu)特征有了較為清楚的了解,但是對(duì)于VP3的功能研究、NSI調(diào)節(jié)P40啟動(dòng)子、PPV基因組的同源性高但毒力存在很大差異以及對(duì)其二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究?jī)H限于3'端等問題仍不清楚,有待進(jìn)一步研究。
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