祖立闖,謝金文,王金良,李 峰,沈志強(qiáng),
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我國(guó)豬流行性腹瀉流行現(xiàn)狀分析及變異毒株鑒別檢測(cè)方法研究進(jìn)展
祖立闖1,謝金文2,王金良2,李 峰2,沈志強(qiáng)1,2
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豬流行性腹瀉(porcine epidemic diarrhea,PED)是由豬流行性腹瀉病毒(porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)引起的以仔豬嘔吐、腹瀉、脫水、死亡為主要特征的一種急性、高度接觸性、病毒性腸道傳染病[1-2]。該病于1971年在英國(guó)被首次報(bào)道,隨后在日本、德國(guó)和比利時(shí)等許多國(guó)家均有報(bào)道,我國(guó)于1983年首次發(fā)現(xiàn)該病[3],隨后開始在我國(guó)呈散發(fā)性、區(qū)域性流行,其流行和危害程度得到了一定的控制。但自2010年末開始,我國(guó)豬場(chǎng)陸續(xù)暴發(fā)了由PEDV變異毒株引起的以新生仔豬嚴(yán)重嘔吐、水樣腹瀉、腸道出血和高病死率為主要特征的“頑固性腹瀉”疫情[4-5],引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注,甚至普遍認(rèn)為變異型PED將是未來(lái)幾年內(nèi)危害仔豬最為嚴(yán)重的腹瀉病之一。為全面掌握目前我國(guó)豬群中PED流行現(xiàn)狀,筆者查閱2010年變異毒株開始流行以來(lái)我國(guó)在PEDV毒株分離鑒定、流行病學(xué)監(jiān)測(cè)、遺傳變異等方面研究資料,整理與分析出了目前我國(guó)PEDV的流行現(xiàn)狀與流行特點(diǎn),并綜述了PEDV變異株的鑒別檢測(cè)方法,對(duì)目前我國(guó)PED的防控具有一定的參考價(jià)值。
如表1所示,對(duì)2010年至今國(guó)內(nèi)PEDV野毒株的分離鑒定情況進(jìn)行匯總分析,呈現(xiàn)出以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)。
1.1 分離鑒定率高
2011—2016年,6年時(shí)間里國(guó)內(nèi)共分離鑒定出PEDV野毒株高達(dá)38株,平均6.33株/年,病毒分離鑒定率較高。
1.2 變異毒株成為優(yōu)勢(shì)毒株
在38株P(guān)EDV野毒株中有28株完成了毒株類型的鑒定,而這完成了毒株類型鑒定的28株均為變異毒株,變異株已成為當(dāng)前PEDV的流行優(yōu)勢(shì)毒株。
1.3 分離范圍廣
38株P(guān)EDV野毒株覆蓋了福建、江蘇、四川、上海、廣東、河北、山東、安徽、云南、新疆、內(nèi)蒙古、吉林、青海、貴州、北京、湖北、甘肅、山西、浙江、陜西、江西等21個(gè)省市,呈全國(guó)性流行。
1.4 由南向北、由沿海向內(nèi)陸逐步流行
病毒開始由福建、江蘇、四川、廣東向安徽、上海、山東、河北流行,隨后逐步流行至北京、吉林、內(nèi)蒙古。
表1 2010年以來(lái)PEDV野毒株分離鑒定情況匯總
隨著PEDV變異毒株的日益流行,以及我國(guó)對(duì)PEDV感染的逐步重視,我國(guó)研究學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的PEDV感染情況進(jìn)行了大量的流行病學(xué)監(jiān)測(cè)。如表2所示,自2010年以來(lái),我國(guó)豬場(chǎng)PEDV陽(yáng)性感染率一直居高不下,區(qū)域性流行特點(diǎn)顯著,如2012—2013年四川的感染率高達(dá)86.67%,2014—2015年山西的感染率達(dá)73.26%,2015—2016年黑龍江、吉林、遼寧等3省的感染率達(dá)74.62%。PEDV在我國(guó)豬群中已廣泛流行,且在個(gè)別地區(qū)感染率較高,感染情況比較嚴(yán)峻,應(yīng)加強(qiáng)重視。
表2 2010—2017年P(guān)EDV流行病學(xué)監(jiān)測(cè)情況匯總
對(duì)病毒進(jìn)行遺傳變異分析可以從分子水平發(fā)現(xiàn)PEDV流行病毒株之間的差異以及遺傳和衍化規(guī)律,明確PEDV不同時(shí)間、不同地區(qū)流行毒株的基因亞型與變異情況,能夠?yàn)閷ふ也《镜膫鞑ヂ窂揭约盀椴煌貐^(qū)因地制宜的制定防控措施提供指導(dǎo)。吳旺霞等[5]對(duì)浙江省2011—2016年P(guān)EDV流行毒株與疫苗株的S基因和ORF3基因進(jìn)行了RT-PCR擴(kuò)增、克隆及測(cè)序,并對(duì)其序列變異、遺傳進(jìn)化和抗原位點(diǎn)進(jìn)行分析?;蜃儺惙治鼋Y(jié)果顯示,與國(guó)內(nèi)疫苗株CV777相比,流行毒株S基因存在15個(gè)核苷酸插入和6個(gè)核苷酸缺失,導(dǎo)致氨基酸序列存在5個(gè)氨基酸插入(58QGVN61和140N)和2個(gè)氨基酸缺失(163DI164),且在主要突變區(qū)S1區(qū)的2個(gè)中和表位(499-638和764-771 aa)有8處氨基酸突變,且ORF3基因有7處氨基酸變異。遺傳進(jìn)化分析結(jié)果顯示,流行毒株S基因與亞洲主要疫苗株(國(guó)內(nèi)疫苗株CV777和韓國(guó)弱毒疫苗株DR13)的同源性僅為93.3%~94.9%,而與2011—2016年中國(guó)流行株(BJ-2011和Hu N)的同源性高達(dá)97.8%~99.9%,表明PEDV已呈現(xiàn)較大程度的遺傳變異。王飛等[53]對(duì)2014—2015年分離的9株P(guān)EDV毒株的S基因進(jìn)行克隆和測(cè)序,并將其分別與疫苗株、中國(guó)2010年前經(jīng)典毒株、中國(guó)2010—2013年出現(xiàn)的毒株及韓國(guó)、美國(guó)近年來(lái)流行毒株進(jìn)行S基因序列比對(duì)、分析。結(jié)果顯示,9株P(guān)EDV S基因核苷酸同源性為98.4%~99.5%,與疫苗株和中國(guó)2010年前經(jīng)典毒株相比核苷酸同源性為93.4%~96.2%,與中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)近年來(lái)暴發(fā)的毒株相比核苷酸同源性為97.4%~99.2%,現(xiàn)階段PEDV S基因已發(fā)生較大變異,存在高度相似的缺失,插入和變異,且在中和表位區(qū)域存在多處變異。遺傳進(jìn)化樹顯示,我國(guó)常用的疫苗毒株CV777處于G1組,這9株毒株S基因均位于G2組,說(shuō)明我國(guó)當(dāng)前流行毒株與疫苗株和早期經(jīng)典毒株的親緣性相去較遠(yuǎn)。表明我國(guó)PEDV流行毒株以變異株為主,變異毒株的抗原位點(diǎn)、糖基化位點(diǎn)和跨膜螺旋較以往的疫苗株發(fā)生了較大變異,提示PEDV在近年呈現(xiàn)快速變異和進(jìn)化的趨勢(shì),常規(guī)疫苗有可能無(wú)法提供良好的免疫保護(hù),需要開發(fā)新型疫苗以及制定更具針對(duì)性的防控措施來(lái)控制PEDV的流行與暴發(fā)。
通過(guò)對(duì)PEDV流行毒株的分離鑒定以及遺傳變異分析表明PEDV變異毒株目前是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)流行毒株,且其感染率較高。PEDV變異毒株感染應(yīng)該是造成我國(guó)目前PED疫苗免疫失敗和仔豬高致死率的主要原因,亟待建立可以準(zhǔn)確區(qū)分PEDV變異毒株的鑒別診斷方法。對(duì)于PEDV變異毒株的鑒別診斷,主要依靠基于PEDV變異毒株、經(jīng)典毒株、疫苗毒株核酸序列差異的分子生物學(xué)方法和基于高特異性單克隆抗體的血清學(xué)方法。本文綜述了PEDV變異株的鑒別診斷方法,以期對(duì)PEDV變異株感染進(jìn)行早期快速、準(zhǔn)確診斷,淘汰凈化變異毒株感染豬,為制定PED綜合防控措施提供依據(jù)。
4.1 RT-PCR方法
RT-PCR首先以病毒的基因組RNA為模板進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄合成cDNA,再以cDNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增,能檢測(cè)到病原體特有的核苷酸序列,是疾病病原檢測(cè)中最常用的一種分子生物學(xué)診斷技術(shù)。多重RT-PCR方法是在單一RT-PCR檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的,可在同一個(gè)反應(yīng)體系中加入多對(duì)引物同時(shí)對(duì)多個(gè)目的基因進(jìn)行擴(kuò)增,可在一次PCR反應(yīng)過(guò)程中檢測(cè)到多個(gè)致病原。秦毅斌等[54]根據(jù)Gen-Bank中PEDV變異毒株、經(jīng)典毒株及弱毒疫苗株的S基因和ORF3基因,設(shè)計(jì)合成2對(duì)特異性擴(kuò)增引物,通過(guò)目的片段的數(shù)量和片段大小來(lái)判斷PEDV的毒株類型,建立了檢測(cè)不同PEDV毒株類型的雙重RT-PCR鑒別檢測(cè)方法,該方法中PEDV變異毒株能同時(shí)擴(kuò)增出234 bp和826 bp的2條目的條帶,PEDV經(jīng)典毒株只能擴(kuò)增出1條234 bp的目的條帶,弱毒疫苗株只能擴(kuò)增出1條185 bp的目的條帶,該方法檢測(cè)A群豬輪狀病毒(PRoVA)、豬瘟病毒(CSFV)、豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)、豬細(xì)小病毒(PPV)、偽狂犬病病毒(PRV)、豬嵴病毒(PKV)、豬乙型腦炎病毒(JEV)、豬圓環(huán)病毒2型(PCV2)、豬細(xì)環(huán)病毒(TTV)均為陰性,能檢測(cè)到的最低核酸濃度為2.3×10-4ng/μL,該方法檢測(cè)91份臨床腹瀉樣品,變異毒株陽(yáng)性感染率為62.64%(57/91),經(jīng)典毒株陽(yáng)性感染率為3.30%(3/91),弱毒疫苗株陽(yáng)性率為4.40%(4/91)。該多重RT-PCR鑒別檢測(cè)方法能特異性區(qū)分PEDV變異毒株、經(jīng)典毒株和弱毒疫苗株,可用于PEDV經(jīng)典株、變異株和疫苗株的臨床快速鑒別檢測(cè)和流行病學(xué)調(diào)查。施開創(chuàng)等[55]針對(duì)PEDV S和ORF3基因序列設(shè)計(jì)3對(duì)特異性引物,經(jīng)過(guò)反應(yīng)條件的優(yōu)化,建立了能夠同時(shí)檢測(cè)并區(qū)分PEDV經(jīng)典株、變異株、疫苗株的三重RT-PCR方法,該方法中能同時(shí)擴(kuò)增429 bp和198 bp者為經(jīng)典株,能同時(shí)擴(kuò)增274 bp和198 bp者為變異株,能同時(shí)擴(kuò)增429 bp和148 bp者為疫苗株。該方法利用3對(duì)特異性引物實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)擴(kuò)增反應(yīng)中鑒別檢測(cè)PEDV 3種不同毒株的目標(biāo),為PEDV變異毒株的鑒別診斷與流行病學(xué)調(diào)查提供了可靠的技術(shù)手段。PCR方法具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)迅速、特異、靈敏等優(yōu)點(diǎn),特別適合具有一般試驗(yàn)條件的基層實(shí)驗(yàn)室使用,將具有廣闊的開發(fā)與推廣應(yīng)用前景。
4.2 血清學(xué)方法
PEDV變異毒株、經(jīng)典毒株、疫苗株之間存在高度序列同源性和血清學(xué)交叉反應(yīng)性,因而難以用普通的血清學(xué)方法將PEDV變異毒株區(qū)分開。單克隆體抗體具有高度的特異性和敏感性,能夠識(shí)別病毒抗原結(jié)構(gòu)的微小差異,因此,獲得PEDV變異毒株的特異性單克隆體抗體成為建立區(qū)分PEDV變異毒株血清學(xué)診斷方法的關(guān)鍵。雷喜梅等[56]以純化的PEDV變異株(CH/ZMDZY/11)S蛋白N端高變區(qū)(22-380 aa)重組蛋白為抗原免疫BALB/C小鼠,以純化CH/ ZMDZY/11全病毒及帶His標(biāo)簽的重組蛋白分別為篩選抗原,利用淋巴瘤雜交技術(shù)獲得了一株穩(wěn)定分泌抗S蛋白特異性單克隆抗體細(xì)胞株,該單克隆抗體誘生小鼠產(chǎn)生的腹水抗體效價(jià)為1∶3 200,免疫球蛋白類型為IgM。ELISA檢測(cè)該單克隆抗體與PEDV變異毒株與疫苗株的反應(yīng)顯著差異,可區(qū)分變異毒株和疫苗毒株,有望成為PEDV變異株抗原檢測(cè)的特異性抗體。李加飛等[57]將含有PEDV變異株S1基因的1個(gè)抗原表位(83-276 aa)的重組蛋白免疫BALB/C小鼠,成功制備了2株能夠產(chǎn)生抗PEDV S蛋白單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞,分別命名為1E5和5B7。間接免疫熒光試驗(yàn)表明,5B7單克隆抗體可以識(shí)別天然狀態(tài)下的PEDV顆粒,與變異株和經(jīng)典毒株均發(fā)生反應(yīng),而1E5單克隆抗體只與變異株發(fā)生特異性反應(yīng),與經(jīng)典毒株不反應(yīng)。表明所制備的抗PEDV S蛋白的1E5單克隆抗體能夠有效檢測(cè)和區(qū)分PEDV變異株和經(jīng)典毒株,且對(duì)病原檢測(cè)具有較強(qiáng)的特異性,為研制基于單克隆抗體的PEDV變異毒株血清學(xué)鑒別診斷方法奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
2010 年以來(lái),我國(guó)PED流行現(xiàn)狀分析表明,PEDV變異毒株目前是我國(guó)PEDV流行的優(yōu)勢(shì)毒株,且其區(qū)域性流行特點(diǎn)顯著,部分地區(qū)感染率較高,感染情況比較嚴(yán)峻,變異毒株在我國(guó)豬群中的流行已不容忽視,應(yīng)加強(qiáng)重視。針對(duì)PEDV變異毒株鑒別診斷方法研究已經(jīng)有了突破性進(jìn)展,研究學(xué)者已陸續(xù)建立了能夠鑒別診斷PEDV變異株的RT-PCR方法,以及研制了針對(duì)PEDV變異毒株的單克隆抗體,這都將大幅有助于我國(guó)對(duì)PEDV變異毒株的鑒別診斷和有效防控。但RT-PCR方法敏感性有限,且擴(kuò)增后電泳檢測(cè)需要使用溴化乙錠(EB),對(duì)試驗(yàn)人員身體健康和生態(tài)環(huán)境均造成潛在威脅;具有高度特異性、能夠區(qū)分PEDV變異毒株的單克隆抗體只是建立PEDV變異毒株血清學(xué)鑒別檢測(cè)方法的物質(zhì)基礎(chǔ),故對(duì)于PEDV變異毒株的鑒別檢測(cè)方法仍需進(jìn)一步完善。相信隨著PEDV變異毒株病原學(xué)和致病機(jī)制研究的不斷深入,高敏感性、高特異性PEDV變異毒株單克隆抗體的不斷獲得,以及分子生物學(xué)技術(shù)和免疫學(xué)技術(shù)尤其是熒光定量PCR技術(shù)和ELISA技術(shù)在PEDV檢測(cè)中的不斷開發(fā)應(yīng)用,PEDV變異毒株熒光定量RT-PCR鑒別檢測(cè)方法和ELISA鑒別檢測(cè)方法將會(huì)陸續(xù)問(wèn)世,進(jìn)而為PEDV變異毒株的鑒別檢測(cè)提供敏感性更高、特異性更強(qiáng)、全封閉反應(yīng)、定量準(zhǔn)確、不需要電泳的新型分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)和操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速、敏感、特異、高通量的血清學(xué)檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)PEDV變異毒株的準(zhǔn)確、快速、鑒別診斷,逐步實(shí)現(xiàn)PEDV變異毒株區(qū)域凈化,并最終達(dá)到全國(guó)凈化的目標(biāo)。
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(編輯:郭玉翠)
S858.285.3
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1002-1957(2017)04-0117-04
2017-06-29
山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2016CM35);山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系生豬產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(SDAIT-08-17)作者簡(jiǎn)介:祖立闖(1981-),男,黑龍江賓縣人,助理研究員,碩士,主要從事動(dòng)物疫病診斷技術(shù)研究工作.E-mail:zulichuang2008@126.com