牛蜱虫病与锥虫病及其抗病的分子机制研究进展

曹渊婷，杨孟哲，李 杨，祁兴磊，李付强，雷初朝*(.西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 700；. 泌阳县夏南牛科技开发有限公司，河南 泌阳 46700； . 湖南天华实业有限公司，湖南 涟源 476)

寄生虫由于体型较小、繁殖较快、适应环境能力强等多种优势，极易感染宿主并引起宿主的一系列并发症。寄生虫既是病原体，也作为其他病菌的媒介来传播疾病，常见的寄生虫病有蛔虫病、钩虫病、疟疾病等。许多寄生虫在生长发育中需要中间宿主和终末宿主，中间宿主为幼虫及无性繁殖期提供发育条件，终末宿主则为成虫及有性繁殖期提供生长环境，且寄生虫感染具有地方性、季节性、多寄生性、自然疫源性等[1]。牛易感染的寄生虫病种类很多，如绦虫病、线虫病、焦虫病、蜱虫病、锥虫病等，锥虫虽然可以通过蜱虫进行感染和传播，但由于寄生虫生活环境不同，其流行病学也有一定差异。

本文主要就牛蜱虫病与锥虫病及其抗病的分子机制研究进展进行综述，以期为牛蜱虫病与锥虫病防治和牛抗病育种研究提供参考。

1 牛蜱虫病与锥虫病概况

1.1 牛蜱虫病

牛蜱虫可以慢性寄生于牛等哺乳动物，是一种吸血性寄生虫，分为硬体蜱虫和软体蜱虫，生长发育要经历卵、幼虫、若虫和成虫4个阶段，喜寄生在动物皮肤较薄的隐蔽处，导致牛出现生长缓慢、食欲不振、消瘦、贫血等症状，数量过多则会导致牛死亡。此外，蜱虫也是一种传播媒介，可以引发乙型脑炎、猩红热、焦虫、锥虫等其他血液寄生虫和血媒传染病的发生与传播。

牛蜱虫在春夏秋季生长繁殖快，适宜生活在湿热的高山、草原等区，而且在放牧区域数量更多[2]，使得生活在该环境下的牛经过自然选择在一定程度上有抗蜱虫以及蜱传病的能力。

蜱虫可以作为其他病原菌的宿主，引起其他寄生虫病，其中具有代表性的有焦虫病。焦虫发育过程中的中间宿主是牛，终末宿主是蜱虫[3]。

焦虫病主要分为两种类型，第一类是巴贝斯焦虫病，病牛往往出现突然发病、体温升高、稽留热等症状，当红细胞内存在虫体即可确诊；第二类是泰勒焦虫病，病牛初期体表淋巴结肿痛，体温可达40.5℃～41.7 ℃，如果体内有石榴体即淋巴细胞内存在很多裂殖子即可确诊[4]。当焦虫体大量进入红细胞，则会造成妊娠母牛流产、病牛死亡等现象，危害较大。

1.2 牛锥虫病

牛锥虫病也称苏拉病，是感染伊氏锥虫后引发的一种血液原虫病。伊氏锥虫主要寄生于淋巴液、血浆、脑脊液以及脏器中，不耐受干燥环境、强光照射和消毒剂影响。此外，虫体对热非常敏感，在50 ℃条件下至多5 min就会死亡，因此不宜生活在高温地区。

锥虫病通常在冬末春初发生，在侵入牛体内后繁殖迅速，分泌并释放多种有毒物质和毒素，游离于血液及组织中，先是危害神经中枢，接着造血器官受到侵染使红细胞发生溶解，引起贫血和供氧不足；血红蛋白游离并积留于肝脏，导致肝功能下降，无法合成与贮存肝糖原，造成糖类储存和供应缺乏；损坏毛细血管壁增大其通透性进而引起水肿；血液中糖无氧酵解增强，乳酸增多而导致血液酸碱度失衡[5]。病牛主要症状为贫血、黄疸、间歇性高热、四肢浮肿、进行性消瘦，一般分为发病早期、中期和后期，死亡率较高。

此外，锥虫病还包括由布氏锥虫引起的非洲锥虫病和由克氏锥虫引起的美洲锥虫病，属于人兽共患病，其中非洲锥虫病分为两种，即冈比亚锥虫病和罗得西亚锥虫病，又称非洲睡眠病或嗜睡性脑炎，锥鞭毛体寄生在血液、淋巴结和中枢神经系统；而美洲型锥虫无鞭毛体寄生在单核巨噬细胞系统、心肌和神经节细胞内，锥鞭毛体则寄生在血液中，布氏锥虫病主要是通过经舌蝇叮咬而传播，伊氏锥虫病和克氏锥虫病主要经吸血昆虫虻及厩螫等机械性传播[5]。

2 牛对蜱虫病与锥虫病的抗病性能

西门塔尔牛于放牧时，母牛感染焦虫病的发病率最高达到26.66%，而对于具有瘤牛血统的湖南本地湘南黄牛焦虫病的发病率为0[6]。由此表明，西门塔尔牛作为外来普通牛品种，其适应能力和抗蜱虫以及蜱传病能力较差，而中国本地南方瘤牛的抗蜱虫和蜱传病能力则较强。从国外引进的安格斯牛更容易出现季节和饲养管理应激，更易感染巴贝斯虫[7]。四川省饲养的荷斯坦奶牛，由于复杂的地形地貌和季风环流的交替影响，外加高温高湿的环境，易感染寄生虫病，影响产奶量[8]。

婆罗门牛作为典型的瘤牛品种，其食性杂、耐粗饲、抗病能力强，特别是对焦虫等热带寄生虫抗性强[9]。非洲锥虫可以引起严重的人类昏睡病和家畜疾病，非洲本地牛品种恩达马牛对锥虫的抗性很强，但非洲瘤牛对锥虫病高度敏感，抵抗力弱。

中国延边州流行牛泰勒虫病，延边牛感染的泰勒虫主要是东方圆线虫和中华泰勒虫[10]，说明北方牛对蜱虫抗性差，对锥虫抗病能力较强。昭通牛作为云南瘤牛，由于地处山地，会受到多种寄生虫尤其是蜱虫的影响[11]。云岭牛是中国第一个通过三元杂交培育而成的优良肉牛新品种，其适应能力强、繁殖性能好、成活率高，具有耐热抗蜱、耐粗饲、饲养期短、育肥性能好、性成熟早等特点，可以适应中国南方高温高湿的气候环境[12]。

可见，蜱虫喜生活在湿热的多山地区，中国南方多为此类环境，中国北方则平原较多，因此蜱虫在南方繁殖率较高，生活在南方的瘤牛对蜱虫以及蜱传病具有较强的抗病能力。由于锥虫不适宜生活在高温地区，在北方繁殖率较高，推测中国北方普通牛品种具有较强的抗锥虫能力。

3 牛抗蜱虫病与抗锥虫病的分子机制

3.1 牛抗蜱虫病的分子机制

为了有效控制蜱传病，必须在分子水平上了解蜱虫相关生理过程。

蜱半胱氨酸蛋白酶抑制分子cystatin是一类抗蛋白酶分子，主要作用于半胱氨酸蛋白酶的抑制调控。研究发现，该因子在蜱的吸血、血液消化、先天免疫以及对宿主免疫调节等生理过程都发挥着重要的作用[13]。此外，半胱氨酸蛋白酶抑制分子还具有抗寄生虫病和抗癌的作用，比如疟原虫引起的疟疾，cystatin有效抑制半胱氨酸蛋白酶后就可以减弱疟原虫降解宿主血红蛋白的功能，进而减轻疾病效应。

除此之外，不同牛品种感染蜱虫后所产生的病理变化和体内的抗虫机制不同。以安格斯牛和婆罗门牛为例，安格斯牛感染蜱虫后，观察到其淋巴细胞和血液尿素氮水平增加以及节段性中性粒细胞水平下降，而婆罗门牛则相反，但二者均表现由于蛋白质代谢改变而引起的胆固醇含量增加，在安格斯牛中含量增加最高。

除此之外，有5个基因CCR1(趋化因子C-C基元受体1基因)、TLR5(toll 样受体5基因)、TRAF6(肿瘤坏死因子受体相关因子6基因)、TBP(TATA框结合蛋白基因)、BDA20(牛皮屑变应原20基因)在蜱虫侵染后表达增加或稳定，而CXCL8(白细胞介素8基因)、IL-10(白细胞介素10基因)和TNF-α(肿瘤坏死因子α)在蜱虫侵染后表达则降低或保持不变[14]，这些变化都有助于牛对蜱虫的抗性。

婆罗门牛可以通过持续组织修复来防止蜱虫提升其汲取营养物质的能力，而安格斯牛则是LUM基因(基膜聚糖基因)表达水平降低，LUM作为SLRP(富含亮氨酸的低分子蛋白聚糖)中的成员，被认为可以修饰纤维组织并诱导肿瘤特异性细胞外基质形成[15]，所以安格斯牛在锥虫感染后该基因的低水平表达很有可能是为了防止细胞外基质等区域的病变和恶化来减轻不良影响。且研究显示变异的基因可以参与阻止对蜱虫和相关免疫反应所需血粉的长期供应，从而减弱蜱虫的侵染能力和体内的血液免疫反应，因此LUM基因有作为牛抗蜱虫生物标志物的潜力，有助于提高牛对蜱虫的抗性预测，进而利于开发蜱虫控制新策略的合理方法，提高抗蜱牛选择程序和预试验的准确性。

3.2 牛抗锥虫病的分子机制

锥虫由媒介传播并在畜体被叮咬部位繁殖，引起其局部炎症反应，以淋巴细胞浸润和血管损害为主，导致淋巴结肿大，随后锥虫进入血液和淋巴系统，分裂繁殖扩散至全身，引起贫血、发热。例如当伊氏锥虫在病牛体内不断繁殖时，会破坏牛体内的造血器官，使红细胞携带氧气的能力下降，严重时会诱发牛心力衰竭而死亡[16]。

虽然畜体免疫系统可以产生特异性抗体凝集锥虫使虫体数量下降，但锥虫抗原可发生变异而逃脱宿主的免疫反应，从而造成慢性感染，畜体由于淋巴系统受损，造成肝脾肿大，心肌、心包亦受损；感染晚期主要为中枢神经系统的渐进性损伤，表现为脑膜脑炎和脊髓膜炎，其中脑脊液细胞数主要以单核细胞增多为主，另有少量嗜酸性粒细胞，并此时可检出锥虫；感染严重者最终伤及脑实质以及全脑，出现脱髓鞘现象和皮质萎缩。

从免疫机制角度来说，寄生虫于宿主体内寄生与适应过程中，有些获得了抵制宿主免疫系统清除作用的能力，这种能力被称为免疫逃避。王莉君等[17]研究表明，IDO(吲哚胺2, 3-双加氧酶)是一种免疫调节酶，主要通过裂解色氨酸和产生多种代谢产物来调节免疫效应，在寄生虫感染中参与宿主免疫调控、介导免疫逃逸和免疫应答等过程。

锥虫寄生于人和动物血液中，免疫逃避机制复杂多样，主要有两种机制：第一种是抗原伪装也称抗原变异，可以通过表面糖蛋白种类的突变，进而减弱抗原抗体反应从而使宿主免疫应答失效；第二种是分泌DNA酶来破坏机体对其的清除能力，具体机制是当宿主被入侵的病原体刺激后，中性粒细胞和巨噬细胞会发挥其对微生物病原菌的吞噬作用，形成吞噬泡，这是最传统的清除途径。后来人们又发现中性粒细胞和巨噬细胞抵御病原微生物的另一种新机制，为主动性死亡过程中释放体内溶酶体颗粒形成网状结构以捕捉并杀死病原体，这种网状结构被称为胞外陷阱ETS，主要是由DNA以及相关抗菌肽组蛋白和蛋白酶组成，可以杀灭多种病原微生物，首先在中性粒细胞中发现并被命名为NETS，但锥虫为了逃避其杀伤作用而表达多种DNA酶，降解NETS骨架使其失去吞噬功能。多数锥虫的基因组中都有表达此类DNA酶的基因，并被命名为TatD-related-Dnase[18]。

非洲恩达马牛对锥虫耐受性很强，最主要的两个表现特征是抗贫血能力和控制寄生虫增殖能力。贫血是锥虫感染最突出和一致的临床症状。STOM基因是以人类基因命名的一种罕见溶血性贫血基因，EPB42基因是遗传性溶血性贫血基因，这两种基因的突变都会导致不同程度的贫血现象。其中，STOM基因突变会导致遗传性口形红细胞增多，口形红细胞是指其中心淡染区出现口形裂痕而丧失输氧能力，其机制可能是由于增大了红细胞内膜面积，红细胞所处微环境失衡使钠离子内流增多从而导致膜内钠离子浓度过高改变其结构，形成口形裂痕造成血红蛋白损失。此外，STOM基因与恶性肿瘤发生有关；EPB42基因突变会导致其编码的4.2膜蛋白质失去稳定锚蛋白的能力，进而降低了膜骨架与细胞膜的连接稳定性，由于膜骨架具有稳定细胞膜的作用，最终导致红细胞膜骨架与脂质双分子层间的垂直连接减弱，使得细胞膜因无法稳定成型而以微囊泡形式丢失，红细胞由双凹圆盘状变成球形红细胞[19]，大大降低了其血红蛋白运输氧的功能，形成畜体内贫血现象。

对锥虫耐受性很高的恩达马牛的STOM基因与EPB42基因的突变体在该牛品种中是完全固定的，也就是说这两种基因突变频率越高，越有助于牛抗锥虫病。以UMD 3.1为参考基因组，对于恩达马牛而言，STOM基因的第112665146位碱基发生错义突变，即由A突变为G，相应第48位氨基酸由甲硫氨酸变为缬氨酸；EPB42基因的第38523031碱基也发生错义突变，即由C突变为T，相应第503位氨基酸由精氨酸变为组氨酸[20]。这两种基因突变促进牛抗锥虫的原因，可能在于牛体内与贫血相关的这两种基因突变导致发生本身溶血性贫血，就可以减轻由于感染锥虫带来的贫血效应，进而增强其适应能力，推测这两种基因突变可以抑制锥虫产生DNA酶破坏吞噬机制，或促进机体产生半胱氨酸蛋白酶抑制因子，有助于抑制锥虫生长进而减轻锥虫病的影响。

非洲恩达马牛除了贫血相关基因可以促使其抗锥虫之外，还有HCRTR1基因(增食欲素受体1基因)的突变也能抗锥虫，HCRTR1基因编码下丘脑泌素受体A，该受体属于G蛋白偶联受体，可以结合钙离子发挥功能。下丘脑泌素特别是促食素-a，是A受体的内源性配体，可以刺激食物摄入并上调促食素信使RNA。恩达马牛的HCRTR1区域表现几乎完全的单倍型纯合子，检测到7个错义突变[20]，其基因多态性可以上调下丘脑泌素受体和下丘脑泌素，改善恩达马牛在锥虫感染后的食欲减退与消瘦症状，保持其体重，具有很强的抗病性能，此外，HCRTR1基因编码区单核苷酸多态性还为利用遗传标记进行肉牛新品种选育奠定基础，是提高牛抗锥虫的有效候选基因[21]。

4 展 望

牛寄生虫病的种类很多，常从多方面潜在危害动物的健康，不仅阻碍了动物的生长发育，还会降低其生产性能以及产品品质，影响动物机能，造成大规模死亡，严重阻滞了畜牧业的发展。牛蜱虫病可导致贫血、消瘦，造成牛体表局部出血、发炎等继发症状；牛伊氏锥虫病会侵害宿主的造血器官导致贫血、肢体水肿，导致机体发生低血糖症和酸中毒。

寄生虫中间宿主种类多，传播途径简单，感染范围极强，且不同环境的饲养方式和不同品种的感染情况不同，寄生虫的致病机理也很多样化，如变态反应中，锥虫引起的反应是Ⅱ型细胞毒型，是抗体与结合在细胞膜上的抗原或半抗原相互作用引起的，常常导致红细胞溶血，引起宿主贫血；而蜱虫则是Ⅲ型免疫复合型，是在体内形成的蛋白质抗原抗体免疫复合物，沉积于肾小球毛细血管基底膜或其他血管壁后，释放出溶酶体酶，进而损伤血管壁以及邻近组织。因此，对寄生虫习性与病理机制全面研究十分必要，可进一步加深对不同品种牛抗寄生虫病机理分析，使寄生虫病防治和抗病品种培育获得更大突破。