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猪伪狂犬疫苗研究进展,猪场净化伪狂犬病首选基因缺失疫苗

猪伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus,PRV)是引起多种家畜和野生动物以发热、奇庠(猪除外)及脑脊髓炎为主要特征的一种疾病。已表明约有35种动物可被感染,该病属于典型且极难防疫的自然性疾病之一。

目前,疫苗接种是预防,控制甚至消灭猪伪狂犬病主要的措施之一。国内外已研制出猪伪狂犬病的灭活疫苗,弱毒疫苗、基因缺失弱毒疫苗已经相对成熟,而病毒载体重组疫苗、核酸疫苗、亚单位疫苗尚处于实验室研究阶段。本文对猪伪狂犬疫苗做简要综述。

一、灭活疫苗

灭活疫苗是将猪伪狂犬病毒接种于鸡胚或细胞,当病毒滴度达到要求时收获病毒,灭活后加入免疫佐剂,从而制成灭活疫苗。

1、灭活疫亩优点:安全性高,不会引起散毒,也不会带来潜伏感染的问题。

2、灭活疫苗缺点:灭活疫苗不能将内源性蛋白抗原提呈给免疫系统,因而不能诱导细胞毒T细胞反应(CTL)。疱彦病毒本身的免疫原性与毒力有一定的相关性,因此灭活疫苗的免疫效果一股较差,并且灭活疫苗使用的免疫剂量较大,偶尔会发生过敏反应,故在生产上已经较少应用。

二、自然缺失弱毒活疫苗

弱毒活疫苗是将分离到的野毒株经非猪源细胞反复传代,或适应鸡胚,或加入致突变剂在高于一般的培养温度条件下,在细胞上反复传代而获得的疫苗,如匈牙利的Bartha株、罗马尼亚的Bucharest株、BUK株、TK200株、北爱尔兰的NIA4株、法国Alfort-26株、前苏联的VGNK-I株、保加利亚MK25株、南斯拉夫的Bkal68株和Govacc株等弱毒株。目前使用较多的是Bartha、Buk毒株。

我国目前广泛便用的PR弱毒冻干疫苗(Bartha-k61)是一种gl/gE双基因缺失弱毒疫苗,由于该基因缺失而进一步阻断弱毒株回复毒力的可能性,所以大大提高了这种弱毒苗的安全性。

1、自然缺失弱毒活疫苗的优点:弱毒苗具有良好的免疫原性,而且价格低廉,至今仍在伪狂犬病的防控中起着重要的作用。

2、自然缺失弱毒活疫亩的缺点:未经充分致弱的弱毒苗的毒力可能会返强而导致疾病的流行;弱毒疫苗可建立潜伏感染,并有可能散毒。

三、基因工程疫苗

随着分子生物学的发展,猪伪狂犬病病毒的基因组结构、基因缺失对病毒生物学性质和免疫原性的影响得到了广泛研究,猪伪狂犬基因工程疫苗的研究得到更深入的发展。猪伪狂犬基因工程疫苗包括:基因工程缺失弱毒活疫苗、亚单位疫苗、核酸疫苗、重组病毒疫苗。

(一)基因工程缺失弱毒活疫苗

猪伪狂犬基因缺失主要包括对与毒力相关的基因如TK、RR、gE、gI等基因的缺失以降低病毒毒力;对糖蛋白基因如gG、gC、gD等基因的缺失以引入选择标记或阻止感染性病毒的产生,从而致弱猪伪狂犬病毒,同时又保持其较强的免疫原性。基因工程缺失疫苗的研制始于20世纪80年代初。

1、第一代基因缺失疫苗。第一代基因缺失疫苗指缺失PRV一个主要的毒力基因获得的疫苗。1984年,Kit等以PRVBUK为起始材料,并以BUK疫苗株为亲本,通过缺失TK基因序列中的148bp片段,构建出PRV的TK缺失株PRVBUK-d13株。试验证明,该疫苗对猪是安全的,并能提供有效的保护,5~6周龄猪在免疫接种后能产生中和抗体,在攻毒后能表现出再次免疫应容。Quint等对PRVNIA-3株的US区进行部分缺失(gE基因缺失),构建的PRV突变株能明显降低PRV对小鼠和10周龄仔猪的毒力,可使免疫猪能抵抗强毒的致死攻击。但该突变株对3日龄仔猪仍具有较强的毒力。华中农业大学陈焕春等构建了PRVEa株TK基因缺失株;四川农业大学郭万柱等构建了PRV闽A株TK基因缺失株,免疫小鼠有一定的保护作用。TK基因缺失疫苗不仅能较好好地免疫猪只,而且免疫猪后还可以通过PCR的方法将免疫接种猪与自然感染猪区分开来。但是,由于TK基因属于酶蛋白基因,在体内不能产生其相应的抗体,因此仅缺失TK基因不能用血清学方法区别开免疫接种猪与自然感染猪,要将此区别开来必须缺失相应的糖蛋白基因。鉴于此,许多学者在TK基因缺失的基础上又缺失了相应的糖蛋白基因而构建了含TK基因缺失的双缺失和多缺失疫苗株。

2、第二代基因缺失疫苗。第二代基因缺失疫苗除了在TK基因引入了一个缺失外,在非编码必需糖蛋白的基因内引入了一个新的缺失。或插入一个报告基因,这样得到的突变株就不能产生被缺失的糖蛋白,因而免疫动物就不能产生相应的抗体,因此可以通过血清学方法将免疫接种猪与自然感染野毒的猪相区别。这也是第二代基因缺失疫苗的最显著特点。还值得注意的是有些糖蛋白的缺失,可以进一步降低毒力。1987年,Kit等在PRVBUK-d13株的基础上构建了PRVTK-/gC-双基因缺失疫苗株。Vanoirschot等和Moormann等在PRVgE基因缺失的基础上,对TK基因进行缺失,构建了gE/TK双基因缺失突变株PRV783,这种突变株对新生幼猪极为安全,其毒力甚至低于商用传统减毒活疫苗,对牛、羊等易感动物也是无毒的。接种PRV783突变株的动物用免疫抑制剂处理,不会使病毒活化。与商用的传统减毒疫苗相比,PRV783株能更好地保护猪免遭强毒攻击和减少攻毒后的病毒排出。研究显示,引入PRV783株的TK突变通过改变读码框使翻译提前终止而使TK灭活。灭活TK基因能显著降低PRV的毒力但不影响其在培养细胞上的增殖,加之TK基因灭活是一个有效的重组病毒筛选标记,因此,对PRVTK基因缺失突变的研究最早也最为深入。第一个申请专利并注册使用的PRV基因工程疫苗OM-NIVAC-PRV就是TK基因缺失疫苗。在我国,陈焕春等在PRVEa TK-株基础上构建了PRVEa TK-/gG-、TK-/gE-疫苗株。四川农业大学的郭万柱等构建了PRV闽ATK-/gC-、TK-/gE-等毒株。其中应用较多的有TK-/gC-、TK-/gD-、TK-/gE-、TK-/gC-等双缺失疫苗株和TK-/gE-/gG-三缺失疫苗株,经增殖能力、安全性、毒力稳定性和免疫原性测定结果表明,这些疫苗株具有较好的安全性;良好的遗传稳定性;很强的免疫原性。2003年郭万柱主持研制的猪伪狂犬病基因缺失活疫苗SA215株正式获得国家新兽药证书。致细胞病变效应、安全性、免疫原性和接种动物抗体消长规律等生物学特性测定及田间试验结果显示,SA215株是一株安全、免疫原性好的疫亩株。

近几年,GFP作为报告基因而引起了广泛的注意,该报告基因编码绿色荧光蛋白,能自身催化形成发光结构并在蓝光激发下发出绿色荧光,因而是一种全新的报告分子。1997年,AliceJons等把GFP基因整合到PRVgG启动子下游,形成重组病毒,用该病毒接种细胞,在病变的细胞中可观察到稳定的绿色荧光,可用该技术检测PRV在体内的增殖和分布。因此,插入失活型基因工程活疫苗既可作为疫苗使用,也可用于阐明伪狂犬病病毒的分子致病机理研究。田志军等用伪狂犬病病毒转移载体pBdTK-Uni构建了一个转移载体pUni-LacZ。用该载体与Bartha-K61株基因组共转染Vero细胞,获得了一株稳定表达LacZ基因的伪狂犬病病毒TK/gE基因缺失突变株。结果表明,转移载体pBdTK-Uni具有实用性,可用于构建伪狂犬病病毒基因工程活载体疫苗。

上述基因缺失疫苗的构建成功,为伪狂犬病的根除计划打下了物质基础、除此之外,人们还将注意力集中在核苷酸还原酶(RR)、蛋白激酶(PK)、碱性酸外切酶、脱氧尿苷三磷酸激酶等与PRV毒力相关的基因上,试图通过缺失这些基因,更进一步地降低疫苗毒株的残余毒力,从而使突变株更为安全。

(1)基因工程缺失弱毒活疫苗优点:都缺失了目的基因的几百甚至几千个碱基,缺失区域明确,所以它们返祖的可能性极小。PRV缺失株一股都缺失了一个或几个毒力基因,所以大多数PRV缺失株对鼠、猪无毒力或仅有较低的毒力,但是,仅缺失TK基因的弱毒株对犊牛还有较低的毒力,而对猫、狗毒力较强,若同时再缺失gC或gE基因,则几乎不表现出毒力。大多数的PRV缺失疫苗株都有较强的免疫原性,免疫动物都获得了较强的保护力。强毒攻击免疫猪只出现临床症状和增重受阻,而猪只的排毒时间大大缩短,排毒量也大大降低。

(2)基因工程缺失弱毒活疫苗缺点:基因缺失疫苗能否引起潜伏感染或被激活为感染性病毒令人担忧。基因缺失疫苗在动物体内与野毒或不同的基因缺失疫苗间发生基因重组而突变成强毒株,从而成为新的传染源,这种可能性是存在的。基因缺失疫苗在接种后也存在潜伏感染和排毒的问题。

(二)亚单位疫苗

亚单位疫苗是利用PRV保护性抗原基因,在原核或真核系统中表达所获得的产物制成的疫苗。目前已经发现PRV有11种糖蛋白,其中,gB、gC、gD均为刺激机体产生中和抗体的蛋白,所产生的抗体无论是在体内、体外,还是在有无补体存在的情况下都有中和PRV的能力,因此,gB、gC、gD是研制PRV亚单位疫苗的首选糖蛋白。

Marchiol等将PRV保护性抗原基因gD插入到人巨细胞病毒启动子的下游,然后转入中国仓鼠卵巢细胞(CHO)中,经氦喋呤筛选出1株表达gD蛋白的CHOgD-17细胞株,经大量培养后用表达产物配以佐剂,免疫小鼠能产生较高滴度的抗体,免疫3次后攻毒,小鼠能抵抗强毒攻击。鼻内接种免疫猪,能诱导猪产生中和抗体并保护猪抵抗PRV强毒的攻击。Katayama等(1991)用肝素亲和层析纯化的gC和用免疫亲和层析纯化的gB、gC、gD分别接种猪,均能使其抵抗PRV的攻击。

1、亚单位疫苗的优点:不含有核酸物质因此比较安全,接种后不会产生持续感染或潜伏感染。产生的免疫应答可以与野毒感染相区分,有利于疫病的控制和消灭。

2、亚单位疫亩的缺点:生产成本高,免疫原性不及弱毒疫亩及灭活疫苗,应用受到限制。

(三)核酸疫苗

核酸疫苗是指将编码外源蛋白质的核酸表达载体注射入机体,以激发机体产生针对外源蛋白质特异性的免疫应答。Gerdts等将PRVgC或gD基因置于人巨细胞病毒的主要立即早期启动子下游构建了DNA疫苗。用表达gC的核酸疫苗免疫能完全保护猪抵抗PRV-75V19毒株的致死性攻击,并能保护猪部分抵抗PRV强毒NIA-3株的攻击;但用表达gD的核酸疫亩免疫却不能保护猪抵抗PRV强毒株的攻击。用gC核酸疫苗肌肉或皮下免疫3次,在血清中能检测到抗gC的抗体,并可便猪对NIA-3产生部分保护,还能产生特异性细胞免疫应答。Montail等(1996)构建了含PRV gD基因的真核表达质粒。以其接种新生仔猪,结果显示,末曾加强免疫过的仔猪和经过加强免疫的仔猪,都能够产生中等水平的中和抗体,但对PRV的攻击不具保护力。编码gB的DNA疫苗可诱导猪的细胞免疫并减少排毒。

1、核酸疫苗的优点:能克服伪狂犬病病毒的潜伏感染,安全性高,免疫期长,而且能激发细胞免疫。

2、核酸疫苗的缺点:虽然核酸疫苗的免疫能产生较高的抗体水平,但对强毒攻击的保护力不理想,因此,核酸疫苗的广泛应用还有一段漫长的路要走。

(四)重组疫苗

1、以腺病毒为载体的重组疫苗。ELA基因编码腺病毒的主要转录激活因子,因此ELA-腺病毒在不表达ELA的细饱中,不能复制。Hammond JM等以这种复制缺陷型腺病毒为载体构建了1株表达PRVgD的ELV-重组腺病毒PRV-gD。用该重组病毒通过多种途径分别接种兔和小鼠,均能产生对gD的免疫应答。一些免疫接种的动物可以抵抗致死量PRV的攻击;猪接种重组病毒能产生高水平的抗gD抗体,并能有效抵抗强毒的攻击。

2、以猪痘病毒为载体的重组疫亩。猪痘病毒甚因组容量大,可以插入较大的或多个外源片段。由于猪是其唯一宿主,因此,猪痘病毒作为载体,除了具有痘病毒载体的优越性外,还具有猪宿主特异性的特点。Van dre Leek等,(1999)将PRVgD和gI基因插入猪痘病毒中,用获得的重组病毒接种猪,能使猪获得对PRV强毒攻击的保护。

3、猪伪狂犬病毒载体。猪的重组疫苗大多是以猪伪狂犬病毒为载体。PRV是双链DNA病毒,基因组长达150Kb,其中存在许多病毒复制非必需的基因,允许插入外源基因,这表明PRV本身就是潜在的病毒载体。最近PRV已被构建成表达外源基因的强有效的表达载体。尽管这些载体还没有一种获得实际应用,但是(缺失gE)被标记的PRV与经典猪瘟的重组病毒确实有助于用一种疫苗免疫来同时预防这两种猪的毁灭性疾病。已确定了许多不同的位点可以用于插入几种不同的外源基因。

Van Ziji等成功地构建了表达HCV E1基因的重组PRV疫苗株。重组病毒免疫后,保护猪不仅能抵抗PRV攻毒,而且能抵抗HCV致死性的攻毒。因此,用一种病毒疫苗能够预防猪的2种重要的病毒性疾病。Peeters[18]等把CSFVE2基因整合于PRV gE基因缺失突变株的gD位点,构建了表达E2的gE、gD双基因缺失重组病毒。这种重组病毒作为双价疫苗,能使猪同时获得对PRV和CSFV两种强毒致死攻击的保护。由于gD基因的缺失,从而阻止了染性PRV的产生,从而解决了重组病毒的生物安全问题。但比较而言,这种重组病毒的保护效果较差。

4、重组疫苗的优点:载体病毒较稳定,免疫原性持久,删除毒力基因的活载体疫苗能诱发体液免疫和细胞免疫,避免了灭活苗免疫的缺点,接种方便安全。

5、重组疫亩的缺点:有些载体对人或动物具有潜在致病性,对人或动物具有潜在的威胁。另外,重复使用会使动物对载体病毒产生免疫反应。

四、结语

猪伪狂犬病极大地危害着世界各国的养殖业,兽医工作者已在猪伪狂犬疫苗的各个方面做了大量工作,也取得了令人欣喜的成果,在PR的防制工作中起到了不可估量的作用。在猪伪狂犬的众多疫苗中,基因缺失疫苗免疫能与自然感染相区分,一些国家已推广便用基因缺失疫苗(多为gE-表型)免疫猪群,配以相应的鉴别诊断方法来实施猪伪狂犬净化计划,并取得较理想的成果。此外,由于PRV毒力受多基因控制,病毒毒力的致弱往往伴有疫苗免疫保护效果的降低。因此,在进一步揭示PRV基因组结构和功能、基因表达调控及其诱导机体免疫应答机理的基础上构建新的缺失突变株疫苗和发展双价或多价载体疫苗将是今后猪伪狂犬疫苗发展的主要方向。随着分子生物学研究的不断发展和基因工程技术的广泛应用,猪伪狂犬疫苗的研究可望在不久的将来会有更新的突破。

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