豬圓環(huán)病毒2型（PCV2）遺傳變異與疫苗免疫、發(fā)病機理及診斷的關(guān)系

摘 要：豬圓環(huán)病毒相關(guān)疾?。≒CVAD）的發(fā)生依賴豬圓環(huán)病毒2型（PCV2）的感染，表現(xiàn)為一群復(fù)雜的多因子綜合征。目前在野外流行的PCV2被分為PCV2a和PCV2b兩個亞群。北美和其它國家PCVAD的暴發(fā)通常與主要基因型從PCV2a轉(zhuǎn)變?yōu)镻CV2b有關(guān)。因此，有人提出基因型存在致病性和抗原性差異?？傮w來說，毒力是特定PCV2分離株的特性，與基因型無關(guān)。此外，報道證實只有少數(shù)抗原差異。就免疫病理學(xué)而言，位于衣殼蛋白C端一個保守的誘騙表位為不能鑒定基因型之間的致病力差異提供了解釋。最后本文討論了PCV2的遺傳變異對疫苗和診斷方法的影響。

關(guān)鍵詞：PCV2；PCV2致病機理；PCV2遺傳變異；

中圖分類號：S852 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2014）08-0058-02

20世紀90年代早期最先報道了豬圓環(huán)病毒相關(guān)疾?。≒CVAD），此后該病發(fā)展為全世界經(jīng)濟上重要的疾?。ˋllan和Ellis，2000）。PCVAD的發(fā)生和發(fā)展與豬圓環(huán)病毒2型感染有關(guān)。PCVAD包括一群不同的多因子綜合征，如豬多系統(tǒng)衰竭綜合征（PMWS）、豬皮炎與腎病綜合征（PDNS）、豬呼吸道混合疾病（PRDC）、繁殖障礙和其它（Chae，2004，2005；Opriessnig等，2007；Ramamoorthy和Meng，2009）。雖然限菌豬在不感染PCV2可以復(fù)制出PDNS（Krakowka等，2008），但是臨床表現(xiàn)PDNS的豬體內(nèi)有高水平PCV2特異性抗體，說明PCV2與疾病發(fā)展有關(guān)（Thomson等，2002；Wellenberg等，2004）。PCV2感染的一個更加微妙的表現(xiàn)是它在健康豬群中生長較差（Horlen，2008）。最近報道了一種稱為急性肺水腫（APE）的新型超急性綜合征，它發(fā)生在免疫的豬群（Cino-Ozuna等，2011）。與之前描述的慢性漸進性的綜合征不同，APE在健康動物呈現(xiàn)急性肺部痛苦，然后幾乎迅速死亡。

豬圓環(huán)病毒屬環(huán)狀病毒科。該病毒科包括一群感染豬和禽的短的單鏈DNA病毒。在環(huán)狀病毒屬中，PCV2和PCV1關(guān)系密切。豬圓環(huán)病毒1.7 Kb的雙義基因組中編碼了至少兩個病毒復(fù)制必須的開放閱讀框（ORFs）。最大的ORF1編碼復(fù)制酶蛋白Rep和Rep’（Mankertz和Hillenbrand，2001）。ORF1位于正義鏈方向，靠近PCV2基因組復(fù)制的起始位點。Rep由整個ORF1轉(zhuǎn)錄子翻譯而來，而Rep’由ORF1轉(zhuǎn)錄子選擇性剪切產(chǎn)生。Rep’ C端的68個氨基酸（aa）來自不同的開放閱讀框。ORF2位于反義鏈方向，編碼233或234aa的病毒衣殼蛋白（CP）。CP參與了同聚衣殼的形成，并且有可能在病毒復(fù)制過程中將病毒基因組轉(zhuǎn)移至核內(nèi)（Liu等，2001；Nawagitgul等，2000）。最近Khayat等（2011）報道了單體CP亞基的晶體結(jié)構(gòu)和其在PCV2病毒樣顆粒中的方向。該模型中，60 個CP亞基形成了T=1的二十面體對稱。圖1表示了PCV2 CP單體的計算機模型和它衣殼中的位置。

1 PCV2分離株的進化和分類

1.1 圓環(huán)病毒的起源

植物病毒家族中矮縮病毒科和復(fù)染色體病毒科與環(huán)狀病毒親緣關(guān)系最近。這些家族成員都有一個共通的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，包括了環(huán)狀病毒基因組的復(fù)制起始位點（Ori）。Gibb和Weiller（1999）對環(huán)狀病毒和矮縮病毒的Rep肽段序列分析后提出環(huán)狀病毒進化起源的機制。該研究發(fā)現(xiàn)矮縮病毒和環(huán)狀病毒Rep N端區(qū)域具有相似性。不過PCV Rep的C末端與脊椎動物RNA病毒—杯狀病毒的RNA結(jié)合蛋白2C更加近似。推測重組的位點位于PCV1 Rep的129至178位之間。杯狀病毒2C序列的存在表明PCV由矮縮病毒和脊椎動物杯狀病毒重組而來。因為矮縮病毒復(fù)制不依賴RNA，杯狀病毒擁有RNA基因組，2C序列可能通過逆轉(zhuǎn)錄病毒或還原轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)錄酶完成合并。該事件的確切時間未知。一種假設(shè)是環(huán)狀病毒在它們的禽類和哺乳動物宿主體內(nèi)共同演化，說明圓環(huán)病毒大約在300萬年前鳥類和哺乳動物多樣化之前就存在。然而，F(xiàn)irth等（2009）的研究推測圓環(huán)病毒僅僅出現(xiàn)在最近的500年。

就PCV2持續(xù)進化而言，F(xiàn)irth等（2009）對160個全長PCV2基因組分析顯示突變率為1.2×10-3替代/位點/年（s/s/y）。最近Perez等（2001）對來自古巴的PCV2基因組（3.1×10-3 s/s/y～ 6.6×10-3 s/s/y）分析也得到相同的結(jié)果?？偟膩碚f這些數(shù)據(jù)表明，PCV2擁有比其他DNA病毒更高的突變率，但是多數(shù)RNA病毒遺傳變異率低（Duffy等，2008）。

對環(huán)狀病毒家族的6個成員[鳥嘴和羽毛病毒、鴿皰疹病毒、鵝環(huán)狀病毒、俄國鴨圓環(huán)病毒、PCV1和PCV2（Hughs和Piontkivska，2008）]的多樣性評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同義核酸比非同義核酸多，說明PCV2正在進行純化篩選。有趣的是，PCV2在Rep有大量的非同義核苷酸改變，而其他5種病毒中沒有該現(xiàn)象。作者得出結(jié)論，非常低的突變率可能是由于種群瓶頸，然后是種群擴張。

1.2 PCV2的出現(xiàn)

20世紀70年代早期，Tischer等（1974）報道某種病毒污染了豬腎細胞系PK-15（ATCC-CCL3）。生化分析表明該病毒為環(huán)狀單鏈DNA基因組，因此命名為豬圓環(huán)病毒（PCV；Tischer等，1982）。早期實驗性感染表明，PK-15污染病毒后引發(fā)無臨床癥狀的疾?。═ischer等，1986）。20世紀90年代早期，加拿大出現(xiàn)了一種稱為PMWS的新型豬衰竭性疾?。–lark，1997；Harding，1997）。利用PCV特異性單克隆抗體進行電鏡和免疫組化實驗，證實感染豬的組織中有圓環(huán)病毒。使用PCV1特異性引物進行PCR，分析擴增的DNA序列，發(fā)現(xiàn)該病毒與Thscher（Meehan等，1998）報道的大約有70 %相似性。人們使用PCV1和PCV2命名來區(qū)別非致病性的PK15污染病毒和新分離得到的PMWS相關(guān)株。

Jacobsen等（2009）對來自德國北部的存檔組織進行回顧研究，發(fā)現(xiàn)在1962年的組織中有PCV2特異性DNA序列。分析的樣本包括表現(xiàn)PMWS疑似癥狀臨床癥狀的豬。使用原位雜交和PCR技術(shù)得到在1962年至1984年組織中PCV2的檢出率大約為2.5 %。1985年開始，PCV2的檢出率突然上升至30 %。這一上升與PCV2相關(guān)組織病變的出現(xiàn)相關(guān)。對1985年樣品的ORF2序列分析，得知其與PCV2a基因群有相似性。人們試圖從早期樣本中擴增PCV2的DNA，但是只能從ORF1擴增小PCR片段，不足以將其與當代病毒準確比較。英國對1980年的存檔組織進行研究也得到了相似的結(jié)果，說明復(fù)原的ORF2序列與PCV2a有關(guān)（Grierson等，2004）。

雖然PCV2a樣序列在1980年就有報道，一些研究推測病毒的PCV2b基因型最近才出現(xiàn)。比如2005年以前，PCV2a病毒在北美豬群地方流行。然而，2005年加拿大和隨后美國都報道了嚴重的PCVAD。提交的診斷案例和野外調(diào)查表明暴發(fā)的PCVAD與PCV2b基因型的出現(xiàn)具有很強的相關(guān)性（Carman等，2008；Cheung等，2007；Horlen等，2007）。在其他國家包括中國（Wang等，2009）、泰國（Jangtafong，2011）、韓國（Guo等，2010）、丹麥（Dupont等，2008）和瑞士（Wiederkehr等，2009）也報道了PCV2b的出現(xiàn)和PCV2a呈地方性流行。一個丹麥的2C基因型（Dupont，2008）復(fù)蘇自1980年的組織檔案，可能代表了當代基因型的祖先?；谶@些和其它研究，Patterson和Opriessnig（2010）提出了PCV2在北部德國和最終散播到歐洲、亞洲、美洲和澳洲的時間表。

1.3 PCV2的分類和系統(tǒng)發(fā)生的關(guān)系

PCV2分離株早期序列分析顯示可以將其分類到明確的亞型和基因型。因為國際病毒分類委員會（ICTV）不描述種層面下的病毒，許多人提出將PCV2歸入特定的基因亞群，即PCV2a和2b。表1總結(jié)了PCV2a和PCV2b的歷史命名。Segale等（2008）提議統(tǒng)一命名系統(tǒng)，將PCV2內(nèi)各基因型以小寫字母表示，如PCV2a、2b和2c。表2列舉了目前基因型中代表性分離株的Genebank登錄號按照配對序列比較的方法（PASC）決定變異度（p），從而將分離株歸入基因群。變異度p是通過計算基因組中堿基差異求得的。目前PCV2基因型分類有兩種方法?；趯CV2全基因組的分析，切斷值p=0.02被用于區(qū)分基因型（Grau-Roma等，2008）?；趯RF2的變異程度（Fenaux等，2000；Hamel等，2000；Larochelle等，2002；Manertz等，2000），切斷值上升至p=0.035（Segale等，2008）。目前的標準基于ORF2來鑒別亞型。使用完整的PCV2基因組或ORF2核酸序列做進化樹分析，發(fā)現(xiàn)兩種方案沒有區(qū)別（Olvera等，2007）。三個基因型的全基因組的系統(tǒng)發(fā)生樹見表2。該樹表明了不同PCV2基因型的分類。

最近Wang等（2009）對中國分離株的序列分析后，提出了兩個新的基因型，命名為PCV2d和PCV2e。隨后Cortey等（2011）對序列數(shù)據(jù)的分析不能支持新的分類。

Olvera等（2007）提出了進一步對組內(nèi)分離株進行分類的方法。按照該方法PCV2a分為5個進化枝，命名為PCV 群II A-E，PCV2b分為3個進化枝，命名為PCV群I A，B和C。在該系統(tǒng)分類下，2群（2a）進化枝的距離為0.015 8，群I（2b）進化枝距離為0.023 4。進化枝分類的關(guān)系未知。

遺傳重組使病毒的分類變得復(fù)雜（Cai等，2011；Hesse等，2008；Lefebvre等，2009；Ma等，2007）。重組的前提需要超過一個病毒同時感染細胞。Horlen等（2007）和Hesse等（2008）在患有PCVAD豬的樣本中發(fā)現(xiàn)同時感染PCV2a和PCV2b。香港最早報道了同時帶有PCV2a和PCV2b的病毒（Ma等，2007）。這一結(jié)果表明中國病毒之間重組是頻繁的事件?；谙到y(tǒng)進化上的不協(xié)調(diào)，Hesse等（2008）報道了一個擁有來自PCV2a的ORF1和來自PCV2b的ORF2的病毒。此后許多報道證實PCV2a/2b嵌合病毒是非常常見的（Cheung，2009；Kim等，2009；Lefebvre等，2009）。雖然早先的研究提出重組由熱點或分解點產(chǎn)生（Ma等，2007），實驗性的模型證實基因組任何位點都可以作為病毒間遺傳交換的位點（Cai等，2011）。同時擁有來自PCV1的ORF1和來自PCV2a的ORF2的嵌合病毒的而發(fā)現(xiàn)，進一步證實PCV基因組的可塑性（Gagnon等，2010）?！酢?/p>

（未完，待續(xù)）