布鲁氏菌S19疫苗应用及研究进展

2017-01-17 04:53叶俊贤冯宇陈瑞爱丁家波
中国兽药杂志 2017年5期
关键词:布病布鲁氏菌毒力

叶俊贤,冯宇,陈瑞爱,丁家波*

(1.中国兽医药品监察所,北京 100081;2.华南农业大学兽医学院,广州 510642)



布鲁氏菌S19疫苗应用及研究进展

叶俊贤1,2,冯宇1,陈瑞爱2*,丁家波1*

(1.中国兽医药品监察所,北京 100081;2.华南农业大学兽医学院,广州 510642)

布鲁氏菌病(布病)是由布鲁氏菌引起的一种重要的人兽共患病,该病对畜牧业和人类健康均构成严重威胁,使用疫苗免疫是防控布病的重要措施之一。光滑型牛种布鲁氏菌19(S19)活疫苗是世界上第一个被广泛应用且效果良好的布病疫苗,至今为止仍是使用最广泛的疫苗之一。本文主要从应用情况及目前研究进展两大方面对S19疫苗进行概述,以期为日后使用该疫苗预防布鲁氏菌病提供借鉴及为疫苗研究提供思路。

布鲁氏菌;布鲁氏菌病;S19疫苗

布鲁氏菌病(Brucellosis,简称布病)是由布鲁氏菌(Brucella)感染机体而引起的人兽共患传染病。布鲁氏菌是革兰氏阴性、兼性胞内寄生菌,根据宿主特异性、生化特性和抗原组成目前大致分为10个生物种,包含20个生物分型,其中常见且危害性较大的是羊种、牛种和猪种[1]。布鲁氏菌可感染多种野生动物和家畜,主要侵害机体淋巴系统和生殖系统,感染后能够导致母畜不孕不育、早产、流产、产奶量下降等;公畜则出现睾丸炎、机体消瘦等症状[2]。人类可以通过接触受感染动物及受污染物品而感染。人感染布鲁氏菌后,表现出波浪热、多汗、全身乏力、关节疼痛甚至变形、睾丸肿大、神经系统及生殖系统功能障碍等,病情较长且反复,给病人带来极大痛苦和伤害[3]。该病一方面给畜牧业造成巨大经济损失,另一方面对人类健康和社会公共卫生安全有极大的隐患。因此,在布病流行的国家,布病防控及消除工作一直是公共健康计划的重要内容。另外,据统计,我国动物布病发病率在2005-2007年基本保持稳定,但2008年以后发病率开始大幅上升,2009年的发病数已达到2000年的18.6倍[4],2011年全国报告的新发病例数比2010年增加了28.8%[5]。数据显示目前我国布病疫情形势相当严峻,有效防控布病刻不容缓。

带菌的动物是引起布病发生的主要传染源。因此,加强动物布病的防控势在必行,这对防控人间布病同样具有重要的意义。在正确诊断和捕杀患病动物、有效切断传播途径的基础上,接种疫苗是公认的能够降低动物布病发生和传播的最实际有效的方法之一。牛种布鲁氏菌19 (B.abortusstrain19,S19)疫苗是世界上第一个被广泛使用的有效预防布病的动物疫苗[6]。20世纪50年代,我国从前苏联引进S19疫苗株[7],用于养殖业中布鲁氏菌的防治,迄今为止在我国已使用60多年,该疫苗株为我国有效地防控牛布病做出了卓越贡献。本文将对S19疫苗的应用及研究进展进行概述。

1 疫苗概况

S19疫苗株是光滑型牛种布鲁氏菌弱毒活菌株,最初的S19疫苗株是John Buck在1923年从新泽西奶牛场的牛奶样品中分离,并在实验室条件下,传代培养一年后得到的弱毒光滑型突变株。由于早期该疫苗使用过程中发现能导致部分怀孕母畜流产以及人的感染,安全性较低,在美国被禁止使用。目前广泛使用的S19疫苗株是1956年由美国科学家筛选得到的对赤藓醇ery基因敏感的缺失株,安全性较初期疫苗有所提高[8]。

S19疫苗于20世纪30年代起便在世界范围内被用于预防牛布鲁氏菌病。在美国,该疫苗一直到20世纪90年代中期,才逐渐被粗糙型RB51疫苗代替。S19疫苗目前仍是OIE认可的布病参考疫苗,是印度、阿根廷、巴西等许多国家的布病参考疫苗[9]。自2001起,巴西为了降低国内布鲁氏菌病患病率和感染率,已开始实施对雌性犊牛实行强制免疫S19疫苗[10]。在苏丹等非洲国家,S19疫苗株仍然是布病防控使用的主要疫苗[11]。可见,S19疫苗在世界防控布鲁氏菌病工作中被广泛使用,且一直发挥巨大作用。

在我国,A19(S19株在《中国兽药典》中被称为A19株)疫苗已经使用了60多年,在相当长的一段时间里,对布鲁氏菌防控起到至关重要作用。丁家波等[12]曾对我国保存的不同时期、不同国家来源S19菌株进行过鉴定,均未检测到ery基因的缺失。由此推测可能由于历史的原因,我国当时未引进ery基因缺失的S19株,目前实际使用的A19株应该是1956年前被广泛使用的S19疫苗株。

2 疫苗的应用

2.1 疫苗临床效果 国外,美国国家动物疫病实验室关于S19疫苗的总结报告指出,65%~75%免疫动物不被感染,25%~35%免疫动物虽然感染,但没有流产等明显临床症状[13]。国内,河北芦台应用该苗,能有效防控因布鲁氏菌引起的流产;对内蒙古的黄牛群接种免疫A19后,布鲁氏菌检出率由免疫前的86.7%降低到免疫后的29.4%;在青海对母牦牛后免疫,流产率由免疫前的28.48%降低下降为1.26%;在新疆的5个奶牛养殖小区联合使用S2和A19疫苗,经过连续2年防控监测,各个养殖小区能繁母牛流产率明显下降,流产率最高的小区从超过10%下降至1%以下[14]。

S19(A19)疫苗的临床效果明显,能有效防控布鲁氏菌感染,降低畜群死胎率和流产率,为畜群健康保健护航,同时还减少因能繁母牛死胎、流产所导致的经济损失。

2.2 疫苗效果的影响因素 S19疫苗的免疫保护效力与免疫剂量、免疫途径、动物年龄、动物群体免疫情况等因素有相关。

使用不同免疫剂量,S19疫苗能对动物提供不同程度的流产保护力[15]。国外使用强毒2308株攻毒试验研究表明,疫苗有效注射量越高,其保护效果越好;使用低剂量多次免疫,也能得到较好的保护力。临床应用中,应注意根据免疫动物的实际情况,选用合适的免疫剂量。

免疫途径也是影响疫苗效果的重要因素之一。以我国A19疫苗临床使用为例,接种对象为育成牛和产后母牛,不能在怀孕牛上使用。怀孕母牛皮下注射免疫剂量S19疫苗,能够引起约3.2%的流产率;当给孕牛静脉注射相同剂量时,流产率可达100%[16]。犊牛3~8月龄时进行第一次皮下注射接种,18~20月龄(第1次配种前)进行第二次免疫接种,疫苗产生的免疫有效保护期为72个月。一般不免疫3月龄以下犊牛,因为一是免疫系统不健全,二是犊牛对布鲁氏菌感染不敏感。该疫苗免疫公畜时,能导致睾丸炎的发生。正确的免疫途径,能更好的发挥疫苗的效果,同时能避免不必要的意外和损失。

布鲁氏菌是一种胞内寄生菌,如果在牛只疫苗接种前已经感染,即使接种疫苗,抗体持续阳性,但机体一旦免疫机能降低,布鲁氏菌仍能从细胞内释放进入体液循环,引起机体启动记忆反应,发挥细胞和体液免疫,将体液中的病原菌清除,这一过程伴随着动物的发热等体征,随后退热,牛只看似恢复,但在细胞内的病原菌并不能清除,导致机体反复发热,对牛群构成潜在的风险。因此,在免疫接种前必须保证牛只的健康,要对牛群进行检疫,血清学阳性或出现发热、流产等临床指标阳性的可疑奶牛,必须隔离,只接种健康牛群,否则会造成牛群长期隐性带菌。

2.3 疫苗缺点 在长期临床使用过程,人们也发现S19疫苗有其局限性。如S19疫苗可以对免疫牛群产生较好的保护性,但对山羊免疫效果不太理想,对猪免疫则完全无效。S19疫苗是中等毒力疫苗,接种后可引起明显局部反应、能导致孕畜流产、公畜睾丸炎等情况,大剂量接触疫苗细菌时,甚至能引起人感染。所以在临床使用时,一方面要注意疫苗的使用方法和免疫对象,另一方面,使用者必须做好自身防护,同时也要注意消毒,防止疫苗在环境扩散。

另外,S19疫苗是光滑型布鲁氏菌,其LPS含有O-侧链,使用血清学方法检测感染动物时,不能区分动物是自然感染还是疫苗接种,这给布鲁氏菌病的流行病学调查,对疫源地的掌控和疾病净化工作带来了阻碍。

3 疫苗研究

3.1 毒力评价 国际上通常有3种方法反映布鲁氏菌的毒力:对豚鼠的最小感染量、感染豚鼠的脾脏含菌量以及感染小鼠体内的存活时间,其中对豚鼠的最小感染量通常用于对强毒株布鲁氏菌毒力的测定。程君生等[17]使用小鼠体内存活时间和豚鼠脾含菌量两种方法,对我国现有的3种布病疫苗(A19、M5、S2)的毒力进行了测定和分析,证明A19毒力介于S2和M5之间,且毒力稳定不返强。同时,A19疫苗感染的豚鼠每克脾脏含菌量最高不超过20万,符合我国《兽用生物制品规程》中对布病疫苗种毒的毒力规定,认为是可安全使用的临床弱毒活疫苗。持续的定殖力可长时间饲养的畜群,如奶牛、种畜等提供持久的保护力。

在分子水平上,鉴于我国A19株较目前国际流行使用的S19株仍ery基因序列,与前期S19疫苗株一致,故认为毒力高于国际S19疫苗株。但研究发现,布鲁氏菌强毒株也存在ery基因序列缺失的情况,却并不会像S19一样毒力致弱,所以研究人员认为赤藓醇代谢受影响并不是导致S19毒力致弱的主要原因。对牛种布鲁氏菌强毒株和S19疫苗株进行了全基因组测序和比较基因组学分析,鉴定了新的可能导致S19疫苗株毒力致弱的基因,对这些基因的进一步功能验证有助于阐明S19的毒力机制[18]。

3.2 对疫苗的免疫应答机理 在体液免疫方面,用S19接种牛后,LPS通过激活B淋巴细胞,诱导抗体分泌,能产生高滴度的IgG1、IgG2和IgM,以及低浓度的IgA[19],接种小鼠则能产生大量O链特异性的IgG1、IgG2b和IgM[20]。IgG2抗体Fc区能结合吞噬细胞上的Fc受体,促进细胞的吞噬作用和杀菌作用。[21]。

细胞免疫方面,在小鼠实验中,接种S19后,能诱导强烈的Th1细胞免疫应答,产生IL-2、TNF-α、IFN-γ,另外还诱导产生高水平抗原特异性的CD4+和粒酶分泌CD8+T细胞,但不产生IL-4和IL-10[22]。有研究表明,牛接种S19后,特异性细胞介导的免疫组分被刺激,表现为IFN-γ产生和CD4+或CD8+ T细胞增加[23]。接种S19后,牛和鼠的淋巴结细胞,在体外用布鲁氏菌特异性蛋白质刺激时,与未接种疫苗的动物相比,增殖速率明显提高[24]。

S19疫苗是光滑型布鲁氏菌,其结构中存在LPS,能刺激机体产生良好的体液免疫。另一方面布鲁氏菌是胞内寄生菌,机体细胞免疫对抑制布鲁氏菌发挥至关重要的作用。S19疫苗激活机体细胞免疫并诱导产生IFN-γ,能有效提高机体对野毒抵抗力。

3.3 疫苗改良 在血清学方法上,S19疫苗株是光滑型布鲁氏菌,其LPS含有O侧链,其诱导产生的抗体类型与野毒株诱导的抗体相像,这使得常规血清学检测方法无法区分免疫动物和自然感染动物。分子生物学方法上,目前国际上广泛使用的S19存在ery基因缺失,OIE将这一特点作为S19与野毒株鉴别诊断依据[25]。但我国使用的A19疫苗株较国外使用的S19株而言,不存在缺失情况,所以该方法不适用于A19株。寻求可鉴别诊断方法、保持良好免疫原性是S19疫苗两个重要的研究方向。

在疫苗鉴别方面,有研究发现VirB8基因上108位碱基的G-T突变,可作为A19疫苗株与野生菌株的鉴别依据之一[26];利用A19赤藓醇代谢基因序列差异,可区分我国疫苗株A19和牛I型强毒株2308[27],但是上述两种方法还未能明确区分出A19疫苗株与野毒株。利用聚合酶链反应-单链构象多态性(PCR-SSCP)分析方法,可鉴别A19与野生菌株,但操作复杂[28]。通过检测比对SNP位点可较快速、简便区分S19和其它野毒株[29];Gopaul等[30]建立的S19鉴别检测荧光定量PCR方法,目前同样适用于我国布鲁氏菌A19疫苗株的鉴别诊断。

除对传统S19疫苗差异性研究,新型疫苗的研究一直在进行。对于S19(A19)疫苗的改进,在保持其良好免疫源性和遗传稳定性的基础上,可通过加入标记基因等方式,提高鉴别诊断有效性和简便性。目前,多个候选物可用作标记基因,如:bp26基因,P39基因和绿色/红色荧光蛋白(GFP/RFP)基因。Bp26蛋白是有效的免疫原,但有实验证明,在缺乏Bp26蛋白的表达的情况下,并不影响S19疫苗在小鼠或怀孕母牛中的保护能力[31]。在小鼠模型中,免疫显示蛋白P39的表达缺失不影响S19疫苗的保护功效[32],也可以作为标记基因。具有标记基因A19-ΔVirB12突变株[33]和缺失wboA基因的RB6株[34],其保护力和稳定性与A19株相当,且可以有效区别野毒感染,是S19疫苗改进较成功的例子。

4 结 语

布鲁氏菌病是一种严重的人畜共患传染病,在布病的综合防控措施中,至今为止,使用弱毒疫苗仍是控制动物布病的最有效的方法。S19是光滑型弱毒活疫苗,能有效刺激机体产生足够且持久的保护力,毒力稳定不返强,有效保护畜群,抵御野毒感染,降低流产率。S19疫苗作为世界范围内第一个广泛使用的布鲁氏菌活疫苗,且一直沿用至今,对全球布病防控具有相当重要的地位和意义,同时也足见该疫苗的效果长期得到认可。在临床上,S19疫苗有其优越性,但布鲁氏菌分型众多,单一疫苗的使用不足以完全满足布病防控的需求,所以除S19外,还有像S2、RB51、Rev.1等其他效果良好的疫苗在使用。近些年来,世界范围布病疫情有持续增长的趋势,特别是我国布病疫情呈较明显的反弹,对畜牧生产和公共卫生健康存在重大威胁,加强布病防控和净化势在必行,优秀的疫苗的研发和使用更显得迫在眉睫。随着布鲁氏菌致病性及免疫原性相关的生物分子机制深入研究和当下对疫情控制与净化的要求,新疫苗应兼具安全性、稳定性、高保护性、标记性于一身。

使用良好的疫苗在布病防控中是有效的措施,但要完全控制布病疫情及净化布病,还必须配合多种外部工作,如提高对高风险群体(特别是养殖户)对疾病的认知、加强预防措施和监测水平、建立完善疫情通报及处理系统等。目前布病疫情广泛且复杂,但随着社会的重视、研究的深入,相信不久将来,以疫苗为基础的综合防治措施能从根本上降低布病的发生和传播,最终达到布病净化的目标。

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(编辑:李文平)

Research Progress and Application ofBrucellaabortusStrain 19

YE Jun-xian1,2,FENG Yu1,CHEN Rui-ai2*,DING Jia-bo1*

(1.China Institute of Veterinary Drug Control,Beijing 100081,China;2.College of Veterinary Medicine,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

CHEN Rui-ai, E-mail: chensa727@yahoo.com; DING jia-bo, E-mail: dingjiabo@ 126.com

Brucellosis is a crucial zoonosis caused by brucella,and it causes great losses to farming and theat to health of human being. Vaccination is one of the most effective measures used to control this disease. The first wiedly effective brucella vaccine wasBrucellaabortusstrain 19(S19). Nowadays,Brucellaabortusstrain 19 is still one of the most widely used brucella vaccine in the world and plays an important role in prevention of brucellosis. Both application and research progress which about theBrucellaabortusstrain 19 vaccine were reviewed in this paper in order to provide reference of using this vaccine to control brucellosis in the future and provide ideas for vaccine research.

Brucellaabortus;brucellosis;S19 vaccine

10.11751/ISSN.1002-1280.2017.5.13

国家重点研发计划(2016YFD0500902)

叶俊贤,硕士研究生,从事重要人畜共患病诊断技术研究。

陈瑞爱,E-mail: chensa727@yahoo.com;丁家波,E-mail: dingjiabo@ 126.com

2016-11-28

A

1002-1280 (2017) 05-0062-06

S852.61

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