《International Journal of Molecular Sciences》:Trichuris ovis: Prevalence, Molecular Advances, Immunopathogenesis, and Diagnosis of a Neglected Ruminant Whipworm
鞭虫(Trichuris ovis)是家养反刍动物盲肠和结肠中广泛分布的鞭虫,通过可在牧场上存活数年的抵抗力强的虫卵传播。尽管多数感染为亚临床型,但幼龄动物的重度感染可引起盲肠炎和结肠炎。本叙述性综述总结了关于T. ovis的现有知识,重点阐述分子系统学、免疫致病机制和诊断。完整线粒体基因组已确认T. ovis与T. discolor和T. skrjabini为不同物种,但核糖体标记与线粒体标记之间的不一致使其与T. globulosa的关系尚未解决,并提示存在隐存谱系。已报道的流行率从低于1%到超过70%不等,取决于诊断方法,因为粪便学检查无法区分鞭虫属(Trichuris)物种。免疫学知识主要来自T. muris模型,其中辅助性T细胞2(Th2)应答介导虫体排出,排泄-分泌蛋白调节宿主免疫,而反刍动物的数据仍然匮乏。比重较高的漂浮液可提高虫卵检出率,可靠的物种鉴定需要联合使用核标记和线粒体标记。控制应依赖于综合性寄生虫管理,优先减少环境污染。剩余的空白包括T. ovis的驱虫药疗效和耐药性,以及来自代表性不足地区(包括巴尔干地区)的分子数据。
1. 引言
鞭虫属(Trichuris Roederer, 1761)(鞭虫科Trichuridae)包含大量寄生线虫物种,寄生于哺乳动物的盲肠和大肠,包括家养和野生反刍动物、猪、食肉动物、啮齿动物、灵长类动物和人类。已描述70余种鞭虫属物种,其中大多数被认为具有宿主特异性。鞭虫属成员呈世界性分布,被归类为土源性蠕虫:生活史为直接型,无中间宿主,虫卵在环境中胚胎化,感染性幼虫在其内发育。其特殊的流行病学重要性源于虫卵对不利环境条件的高度抵抗力以及在土壤中长期存留的能力,这使得感染在易感动物群体中得以长期维持。该问题在放牧管理体系中尤为突出,持续的牧场污染有利于感染性虫卵的积累和宿主的再感染。
家养反刍动物中最重要的鞭虫属物种为Trichuris ovis、T. discolor、T. skrjabini和T. globulosa。这些物种具有某些共同的生物学特征,但在宿主范围、形态计量学特征和地理分布方面存在差异。T. ovis是在绵羊和山羊中报告最频繁的物种,但也已在牛和野生反刍动物中得到确认。T. discolor主要寄生于牛,T. skrjabini寄生于小型反刍动物和骆驼,T. globulosa主要寄生于骆驼。仅基于形态学对这些物种进行可靠鉴别较为困难,这直接影响流行病学数据的解释和诊断。
尽管T. ovis传统上被视为致病性相对较低的寄生虫,但高强度感染,特别是羔羊、幼山羊和犊牛的重度感染,可对盲肠和结肠黏膜造成严重损伤。虫体纤细的前端穿透黏膜上皮,导致局部炎症、充血和出血。在重度感染中,盲肠和结肠黏膜发生弥漫性炎症,伴随黏膜功能受损和临床表现明显的疾病。低强度感染在自然条件下占主导地位,通常无症状或伴随非特异性临床症状。由于这些亚临床和慢性感染对增重和生产性能的影响尚未量化,该物种实际的健康和经济重要性可能被低估。
除兽医和生产重要性外,鞭虫属近年来一直是分子系统学的研究热点。分子分析表明,形态学定义的物种往往包含多个遗传上不同的谱系。完整线粒体基因组分析表明,来自不同地理区域的人类、非人灵长类动物和猪中存在多个鞭虫属物种,并且在人类中还确认了T. incognita,常规诊断方法无法将其与T. trichiura区分。在反刍动物中,T. ovis和T. discolor以及T. skrjabini的完整线粒体基因组测序确认了这些分类单元作为独立物种的地位,并为诊断、群体遗传学和分子流行病学提供了新的遗传标记。同时,核糖体标记与线粒体标记在界定T. ovis和T. globulosa方面的不一致表明,T. ovis的分类地位仍未完全解决。
现有的T. ovis综述较为简短或具有区域局限性,未系统涵盖该物种的分子分类学、免疫致病机制和分子诊断方法。因此,本综述旨在基于现有文献,整合并批判性评价家养反刍动物中T. ovis的当前知识,重点阐述分子系统学、免疫致病机制和诊断,同时概述寄生虫生物学、感染的流行病学模式和控制措施。通过检索PubMed、Scopus、Web of Science、Google Scholar和CAB Abstracts确定相关出版物,不设日期下限,截至2026年10月,使用术语"Trichuris ovis"、"Trichuris"与"sheep"、"goat"、"cattle"或"ruminant"的组合、"trichuriasis"、"trichuriosis"和"whipworm"。纳入同行评审文章、书籍、学位论文、会议论文集和专利,包括提供历史或区域数据的部分非英语出版物。根据来源与T. ovis及其他反刍动物鞭虫属物种的分类学、生物学、流行病学、发病机制、免疫学、诊断和控制的相关性进行筛选。在缺乏T. ovis数据的情况下,纳入模型物种(T. muris、T. suis和T. trichiura)的研究,并在文中予以标明。对检索到的出版物的参考文献列表进行筛选以获取额外来源。
2. 鞭虫属的分类学与分子系统学
该物种最初被描述为Trichocephalus ovis Abildgaard, 1795,代表原始组合。当前名称Trichuris ovis源于属级别的命名决定,其中名称Trichuris Roederer, 1761优先于Trichocephalus Goeze, 1782。
在19世纪和20世纪初,反刍动物中鞭虫属物种的鉴定完全依赖于成虫的形态学特征,导致命名不一致和错误鉴定。来自冰岛的记录提供了一个说明性例子:Einarsson报告了线虫Trichocephalus affinis,而Dungal和Gíslason报告了冰岛西南部绵羊中Trichocephalus dispar的高流行率(52%),尽管该名称指的是寄生于人类的物种(现为T. trichiura)。根据Richter,这两项记录最可能均指T. ovis。
形态学鉴定中特别关注雄虫的结构,尤其是交合刺长度、交合刺鞘的形状和尺寸以及其表面棘的排列,尽管不同作者对这些特征的诊断价值评估不同。一个特定的分类学问题是T. ovis与T. globulosa的鉴别。Sprehn以及随后的Baylis和Chandler强调了交合刺鞘、交合刺长度和棘排列对区分这两个物种的重要性。然而后来的研究表明,某些形态计量学特征,特别是交合刺长度,可能在T. ovis和T. globulosa之间存在重叠,这使人质疑其作为独立分类标准的可靠性。
在20世纪末,生化(同工酶)和分子方法被引入鞭虫属内分类关系的研究。Cutillas等进行了T. ovis和T. globulosa的比较形态学、生物计量学和遗传学研究,结论认为这两种形式可被视为单一物种,将T. globulosa视为T. ovis的同物异名。这一观点得到Oliveros等的支持,他们发现鉴定为T. ovis和T. globulosa的分离株之间核糖体DNA第二内转录间隔区(ITS2)序列无差异。Oliveros和Cutillas随后基于形态学、生物计量学、同工酶和分子数据重新描述了T. ovis,并接受T. globulosa为其同物异名。
分子标记也使得T. ovis与反刍动物中其他物种的可靠界定成为可能。基于第一内转录间隔区(ITS1)和ITS2序列以及部分线粒体16S基因,Callejón等清晰地将T. ovis与来自牛的T. discolor区分开来,同时指出T. discolor内可能存在隐存种(来自西班牙和伊朗的种群)。Liu等通过分析其完整线粒体基因组(T. ovis为13,946 bp,T. discolor为13,904 bp)确认了这两个物种的地位,每个基因组包含37个基因,排列顺序与T. trichiura和T. suis相同。完整线粒体基因组(14,011 bp)分析也确认了T. skrjabini作为独立物种的地位。Wang等分析来自不同宿主的T. ovis分离株的细胞色素c氧化酶亚基1(cox1)、NADH脱氢酶亚基5(nad5)和细胞色素b(cytb)基因的部分序列,发现种内差异为0–1.9%,而鞭虫属物种间为24.3–56.4%,确认了这些标记用于物种界定和分子流行病学的有效性。
然而,分子系统发育学的发展导致对T. ovis和T. globulosa同物异名的重新评估。Callejón等分析鞭虫属的核基因(18S rRNA、磷酸丙糖异构酶[TPI])和线粒体基因(cox1、cob),表明多标记联合分析可获得最高的系统发育分辨率。在对来自伊朗骆驼的T. globulosa和来自南非绵羊的鞭虫属物种的研究中,Callejón等发现T. ovis和T. globulosa之间ITS2序列无显著差异,但线粒体cox1和cytb基因的部分序列表明T. globulosa代表独立的遗传谱系。同一作者还鉴定了来自南非绵羊的T. ovis的一个独特遗传谱系,与来自骆驼的T. globulosa种群密切相关。在来自科威特的骆驼中,Henedi等基于cox1、12S rRNA和16S rRNA基因区分了两个类群,一个与T. globulosa相关,另一个与T. ovis相关,而ITS2区域缺乏足够的分辨率将其分开。交合刺鞘的形状与分子研究结果不一致,导致作者得出结论认为这些寄生虫可能代表一个T. globulosa物种复合体,且该形态学特征的诊断价值有限。
综上所述,这些研究表明形态学特征,主要是交合刺鞘和交合刺长度,保留了一定的诊断价值,但显示出相当大的变异性和物种间的重叠。核糖体ITS2区域能可靠区分寄生于不同宿主的物种,但缺乏足够的分辨率来区分T. ovis和T. globulosa,对此线粒体标记(cox1、cob/cytb、12S和16S rRNA)更为适用。因此,推荐将形态学和形态计量学数据与核糖体和线粒体标记序列相结合,以实现T. ovis的可靠鉴定。近期的系统发育分析还表明,一些传统定义的物种,包括T. ovis,包含不同的遗传谱系或潜在的物种复合体,其分类地位有待通过整合方法予以阐明。
3. 寄生虫生物学
3.1. 生活史
T. ovis的生活史为直接型,无中间宿主。成年雌虫产未胚胎化虫卵,随粪便排入环境。在适宜的温度和湿度条件下,第一 stage 幼虫(L1),即寄生虫的感染形态,在虫卵内发育。在最佳条件下,胚胎化约需三周,而在较低温度(6–20 °C)下可能需要1–2个月。胚胎化虫卵对不利环境条件具有高度抵抗力,可保持感染性数年,因此构成牧场上持久的感染源。
反刍动物通过摄入被污染的饲料或水中的胚胎化虫卵而感染。在肠道中,极塞被降解,L1孵化并穿透远端回肠和盲肠的腺体。根据较早的报告,幼虫首先在 anterior 小肠腺体中停留2–10天,然后迁移至盲肠。所有四次蜕皮均发生在盲肠和近端结肠黏膜上皮内,在幼虫于隐窝上皮中形成的合胞体隧道内进行。发育完成后,成虫极细的前端仍嵌于上皮隧道中,而后端自由突入肠腔。这一位置使寄生虫能够附着于宿主组织、摄食、交配并同时持续释放虫卵。潜伏期约为7–9周。
3.2. 幼虫孵化的分子机制
幼虫孵化是感染的第一步,根据模型物种T. muris的研究结果,依赖于宿主的肠道微生物群。细菌与极塞的接触导致其在幼虫孵出前的不对称降解,结果表明幼虫从虫卵内部释放的几丁质酶参与极塞降解。Goulding等表明蛋白酶抑制剂阻断细菌诱导的孵化,并利用T. muris虫卵胚胎化过程中的转录组分析,发现完全胚胎化虫卵中丝氨酸蛋白酶(S01A家族)表达增加。丝氨酸蛋白酶的抑制完全阻止了孵化,由此得出结论认为细菌和幼虫来源的丝氨酸蛋白酶均参与该过程。
孵化机制并非在所有鞭虫属物种中相同。诱导T. muris虫卵孵化的细菌未能诱导T. suis虫卵孵化,表明各个物种适应其宿主的微生物群。因此,模型物种的研究结果不能直接应用于T. ovis,其孵化条件、反刍动物微生物群的作用以及上皮侵袭的分子机制尚未被研究。
直接生活史、胚胎化虫卵的高抵抗力以及长期牧场污染是使T. ovis能够在反刍动物群中持续存在的关键生物学特征,并为解释下一节中描述的流行病学模式提供了基础。
4. T. ovis感染的流行病学模式
T. ovis在饲养绵羊和山羊的所有大陆均有发生,感染频率取决于气候条件、管理体制、饲养密度、宿主年龄和抗寄生虫措施的使用。在解释流行率数据时,必须考虑所使用的诊断方法。粪便学检查无法可靠地将T. ovis虫卵与反刍动物中其他鞭虫属物种的虫卵区分开来,因此此类发现指的是鞭虫属 spp.。物种鉴定可基于剖检或屠宰后成虫形态学进行,但该方法也有局限性(第2节),而分子方法允许可靠的物种确定。这一问题的重要性可由中国新疆的一项研究说明,该研究在86.1%的1216只屠宰绵羊中检测到鞭虫属 spp.,但形态学鉴定出的优势种为T. gazellae和T. lani,而非T. ovis。
4.1. 全球分布与流行率
对已发表研究的综述揭示了异质性结果。各项研究在诊断方法(粪便学检查或剖检/屠宰后肠道检查)、观察单位(个体动物或农场/畜群)、动物年龄和管理体制方面存在差异。最高值通常来自基于肠道检查的研究和放牧管理体系,最低值来自牛的粪便学研究。
欧洲。欧洲的最高值通过肠道检查获得。在土耳其布尔杜尔地区的屠宰场,72.0%的绵羊中发现了T. ovis。Yevstafieva等通过成虫形态学鉴定确认了乌克兰中部和东南部65%绵羊的鞭虫病。在冰岛,绵羊的流行率为35.1%。在山羊中,丹麦记录了高值(33.7–63.0%)。在农场水平,意大利南部48.89%的绵羊农场和42.22%的山羊农场发现了鞭虫属 spp.虫卵,希腊20.0%的奶绵羊群中也有发现。欧洲的其他研究报告低值。在希腊6.1%的绵羊中发现T. ovis,在阿尔巴尼亚1.6%的绵羊中发现,在西班牙南部0.65–6.16%的绵羊和2.56%的山羊中发现。在伊比利亚半岛西南部,绵羊的流行率为3.2%。在德国,3.4%的羔羊中发现了鞭虫属 spp.,在从法国进口到意大利的肉牛中,4.1%的动物中发现。
亚洲。中亚和南亚记录了高值。在斯利那加(克什米尔,印度)屠宰的小型反刍动物中,40.46%的绵羊和50.51%的山羊中检测到鞭虫属 spp.。在巴基斯坦,拉瓦尔品第和伊斯兰堡地区绵羊的流行率为40.00%,山羊为35.48%,开伯尔-普什图省绵羊为17.39%。在缅甸中部,38.9%的绵羊和24%的山羊被感染。在泰国东北部,73.8%的山羊群中发现了鞭虫属 spp.;该值指的是畜群而非个体动物。对伊朗数据的荟萃分析得出小型反刍动物中鞭虫属 spp.的合并流行率为18.42%。伊朗的个别研究报告较低值:马赞德兰省绵羊为5.58%,伊朗东南部牛为1.1%、绵羊为6.0%、山羊为13.0%。在印度,查谟省绵羊和山羊中记录了12.1%的流行率。在同一地区,Mir和Chishti发现山羊的流行率为14.43%。亚洲的最低值来自粪便学研究。在中国,三个省的0.6%绵羊和0.4%山羊中检测到鞭虫属 spp.,在孟加拉国1.9%的绵羊中发现。这些数据与新疆屠宰绵羊86.1%的流行率形成鲜明对比,再次突出了诊断方法对结果的影响。
非洲。在达沃罗区(埃塞俄比亚),仅记录了1.8%的流行率。西非的粪便学研究也报告低值。在尼日利亚,5.9%的绵羊和4.1%的山羊中发现了鞭虫属 spp.,在加纳3.3%的牛、绵羊和山羊中发现。
美洲和大洋洲。对来自墨西哥研究的系统综述报告,牛中鞭虫属 spp.的流行率为2.4–12.8%,绵羊为0.4–25.1%,山羊为4.6%。在委内瑞拉的干旱地区,绵羊剖检显示流行率为13.3–26.2%。在巴西,Sousa等通过肠道检查发现绵羊的流行率为27.42%,而粪便检查为6.25%。在巴布亚新几内亚,1.8%的绵羊和3.6%的山羊中发现了鞭虫属 spp.,在澳大利亚奶山羊的全国调查中,13.0%的动物中发现。
粪便学检查与肠道检查。在同时使用两种方法的研究中,肠道检查的检出值高于粪便学检查。Nwosu等记录了形态学确定的绵羊流行率为8.9%,山羊为6.7%,而粪便检查分别为5.9%和4.1%,差异在Sousa等的研究中更为明显(27.42% vs. 6.25%)。
塞尔维亚及该地区。在塞尔维亚绵羊中,2000–2004年兹拉蒂博尔和尼沙瓦区的T. ovis流行率为29.58%,1990–2010年塞尔维亚全境为9.05%。在放牧体系饲养的绵羊中,通过粪便学方法确定的流行率为4.94%。在广泛管理下的地方山羊品种中记录了相当高的值:巴尔干山羊农场为37.50–57.14%,塞尔维亚白山羊农场为71.43%。对于塞尔维亚的牛,仅有一份报告涉及T. discolor,塞尔维亚西部流行率为2.17%。在邻国,波斯尼亚和黑塞哥维那丘陵和山区绵羊的流行率为24.9%,在斯洛文尼亚,0.84%的牛被感染。该地区的数据显示出与全球概述相同的模式:广泛管理下小型反刍动物中的高值和牛中的低值。
4.2. 风险因素
宿主年龄和物种。最严重的感染发生在极幼龄的羔羊中,而绵羊、山羊和牛中自然获得的感染通常不足以引起临床疾病。8月龄以上的绵羊产生年龄相关抵抗力,初次感染后两到三周产生对再感染的抵抗力。与此一致,Gul和Tak发现幼龄动物的流行率(53.8%)高于成年动物(32.9%),山羊的流行率显著高于绵羊。塞尔维亚地方品种成年山羊的高流行率可能表明山羊的抵抗力发展不如绵羊有效,但该假设仍有待验证。
季节和气候。虫卵胚胎化需要适宜的温度和湿度,但由于胚胎化虫卵长期存活,气候与流行率之间的关系并不直接。在克什米尔,绵羊的流行率在秋季升高(42.02%),冬季达到高峰(59.37%),春季下降(53.22%),夏季最低(30.6%);旱季(55.5%)也高于雨季(36.36%)。宿主性别对流行率无显著影响。
管理体制和控制措施。感染最常发生在放牧动物中,特别是在没有计划驱虫和适当卫生措施的广泛体系中。Das等将较高的感染频率与较差的卫生和管理相关联。在意大利南部,仅24.4%的绵羊养殖者和11.3%的山羊养殖者在治疗前进行粪便学检查,表明驱虫往往在不了解实际寄生虫学状态的情况下进行。虫卵在环境中的高抵抗力解释了为何控制不能仅依赖驱虫药的使用。
4.3. 宿主范围及野生与家养反刍动物之间的接触
除绵羊和山羊外,T. ovis已在牛和野生反刍动物中得到确认。在捷克共和国,Vejl等通过分子方法在绵羊和狍中确认了T. ovis和T. discolor,其中T. ovis在绵羊中占优势,T. discolor在狍中占优势,表明共享栖息地中家养和野生反刍动物之间存在寄生虫交换。在哈萨克斯坦西部,对共享牧场上绵羊和赛加羚羊(Saiga tatarica)蠕虫的研究中,基于ITS1区域分子鉴定了T. ovis。鹿中鞭虫属 spp.的流行率通常较低,野生反刍动物作为家养反刍动物感染源的作用仍存在争议。
来自非反刍动物的研究结果表明宿主范围可能比先前认为的更广。在泰国东北部的猕猴中,基于18S rRNA基因分析的两个鞭虫属 spp.虫卵样本与来自山羊的T. ovis聚类,但作者认为该发现不够可靠,建议分析额外的标记。
4.4. 分子流行病学与群体遗传学
T. ovis的分子数据来自少数地区。Wang等发现来自中国广东省不同宿主的T. ovis分离株之间cox1和nad5的种内差异为0–0.8%,cytb为0–1.9%,所有分离株聚类在一起。在湖南省的山羊中,cox1基因的种内变异为0–1%,而物种间为23.3–27.2%。在同一群体中,ITS1的种内变异为0–2.7%,ITS2为0–4.1%,而T. ovis与鞭虫属其他物种之间分别为超过45.7%和51.3%。
与遗传上均一的T. discolor相反,在来自捷克共和国的T. ovis中发现了ITS1-5.8S-ITS2区域的高单倍型多样性。Callejón等在来自南非的绵羊中鉴定了T. ovis的一个独特遗传谱系,与来自骆驼的T. globulosa种群密切相关。这些发现指向该物种内尚未被系统研究的遗传结构。巴尔干地区缺乏分子数据,未来流行病学研究中纳入分子物种确认将大大改善对T. ovis分布和遗传多样性的理解。
5. 发病机制与免疫
5.1. 发病机制与病理变化
T. ovis感染的病理变化主要局限于盲肠和近端结肠,成虫将极细的身体前端嵌入黏膜上皮,而后端保持游离于肠腔中。这一 localization 使寄生虫能够长期存活和繁殖,但也构成了局部黏膜损伤的基础。变化的严重程度主要取决于寄生虫数量以及宿主的年龄和一般健康状况。在低强度感染中,变化为局灶性和轻微的,而在高强度感染中,可发生伪膜性盲肠炎、出血性结肠炎、溃疡和黏膜坏死,伴随腹泻、脱水、贫血和生长迟缓,在最严重的情况下可导致动物死亡。
在自然感染T. ovis的山羊中,组织病理学检查显示嵌入的虫体前端被成纤维细胞和白细胞包围,伴有轻度单核细胞浸润、杯状细胞数量增加、上皮变化和穿透部位周围黏膜结构破坏,无纤维化或坏死迹象。山羊中还描述了活动性充血、出血和黏膜明显的淋巴细胞浸润。长期感染导致寄生虫所在部位表面上皮的进行性损伤,黏膜的持续刺激导致杯状细胞数量和大小增加以及卡他性炎症的发展。
在绵羊中,Satish等检查了125份盲肠和结肠样本,其中5份发现T. ovis。肉眼观察可见盲肠黏膜充血、增厚和水肿,以及直径大于5 mm的隆起结节。组织病理学上,黏膜增厚,伴有大量嗜酸性粒细胞、杯状细胞数量增加、腺上皮增生和明显的单核细胞浸润。Iliev等描述了保加利亚南部一个12只羔羊群中的感染,观察到腹泻和体重减轻;一只羔羊尽管接受了抗生素治疗仍死亡。
T. ovis感染还改变盲肠微生物群。对克什米尔美利奴绵羊16S rRNA基因的分析表明,感染和未感染盲肠的微生物群落显著不同:感染盲肠具有更大的多样性和较高比例的拟杆菌属(Bacteroides)、普雷沃氏菌属(Prevotella)和密螺旋体属(Treponema),而未感染盲肠中厚壁菌门(Firmicutes)和疣微菌门(Verrucomicrobiota)占优势。寄生虫自身的微生物组以埃希菌/志贺菌属(Escherichia/Shigella)为主。作者得出结论认为感染引入了潜在致病菌并减少了有益菌的比例。在鞭虫病的实验模型中,通过受损黏膜的细菌侵入从第三期幼虫发育(第17天)起变得明显,并随着第四期幼虫和成虫的发育而加剧。在感染T. suis的猪中,已有报道黏膜损伤有利于继发性细菌感染,而该过程尚未在T. ovis中被研究。
5.2. 免疫应答:来自T. muris模型的启示
对鞭虫属物种的免疫应答在小鼠T. muris模型中研究最为深入,在猪T. suis模型中也有一定程度的研究。在抗性小鼠品系中,感染诱导辅助性T细胞2(Th2)应答(IL-4、IL-5、IL-13),导致虫体排出,而易感品系中的辅助性T细胞1(Th1)应答(IL-12、IL-18、IFN-γ)导致慢性感染。除这一经典二分法外,固有淋巴样细胞、嗜碱性粒细胞、树突状细胞和调节性T细胞也参与应答。关键效应细胞因子是IL-13:其中和可阻止虫体排出,向易感小鼠施用重组IL-13可使虫体负荷减少87.85%。警报素IL-33驱动应答向Th2型偏移,甚至可在易感小鼠中诱导虫体排出。
Th2细胞因子通过多种方式改变肠道环境:它们加速上皮更新、促进杯状细胞分化并改变上皮通透性和平滑肌收缩性。Cliffe等表明大肠中加速的上皮更新充当"上皮自动扶梯",将寄生虫从其生态位排出,该过程受IL-13和趋化因子CXCL10控制。IL-13还维持隐窝杯状细胞中黏蛋白的硫酸化,使黏液更能抵抗寄生虫排泄-分泌(ES)产物的降解;黏蛋白硫酸化降低的小鼠尽管有强烈的Th2应答,仍对慢性感染易感。
重复低剂量(滴流)感染模型与理解反刍动物自然感染尤为相关。在小鼠中,该感染方案导致免疫力的缓慢获得,CD4+ T细胞应答从Th1型逐渐向Th2型偏移,杯状细胞增生,黏蛋白Muc5ac产生增加,上皮更新加速;CD4+ T细胞耗竭消除了获得性抵抗力。这一模式可能解释绵羊年龄相关抵抗力的逐渐发展,但尚未在T. ovis中进行研究。
5.3. 免疫调节与免疫逃逸
尽管宿主免疫系统完整,鞭虫感染的长期持续存在归因于寄生虫ES产物中的免疫调节分子。其中研究最深入的是蛋白p43,约占成年T. muris分泌蛋白的95%。该蛋白在感染过程中无免疫原性,结合基质蛋白聚糖,并结合IL-13,从而在体外和体内抑制其功能。蛋白p43还结合脂肪酸和视黄醇;其来自T. trichiura的直系同源物具有类似活性,此类蛋白仅已知于嘴刺亚纲(Dorylaimia)线虫。T. ovis中p43直系同源物的存在和功能尚未被研究。
T. muris分泌148种已鉴定的蛋白质以及含有超过350种蛋白质和56种微小RNA的细胞外囊泡,其中许多与调节宿主炎症的基因相关;囊泡被结肠类器官细胞内化。T. suis ES蛋白减少巨噬细胞和树突状细胞分泌促炎细胞因子TNF-α和IL-12p70,并促进IL-10的分泌;该效应可由重组酶磷酸丙糖异构酶和核苷二磷酸激酶重现。T. muris、T. trichiura和T. suis的基因组编码众多含有乳清酸性蛋白(WAP)和富含半胱氨酸分泌蛋白、抗原5和致病相关蛋白1(CAP)结构域的蛋白质,这些被认为在宿主-寄生虫相互作用中发挥作用,并正被考虑作为疫苗候选物。
5.4. 反刍动物对T. ovis的免疫应答及开放性问题
关于反刍动物对T. ovis免疫应答的数据非常有限。在已报道的羔羊感染病例中,免疫组织化学显示盲肠黏膜中CD68+巨噬细胞和CD4+淋巴细胞数量增加,表明细胞免疫应答的激活,而未发现颗粒酶B阳性细胞。这些细胞的缺失表明细胞毒性机制(自然杀伤[NK]细胞和细胞毒性T淋巴细胞)可能在局部防御中不起主要作用,但这一基于单一羊群的结论需要在更大数量的动物中予以确认。在绵羊中观察到的明显嗜酸性粒细胞浸润和杯状细胞增生与T. muris中描述的Th2型应答一致。
6. 诊断
T. ovis感染的诊断基于临床怀疑、粪便学检查、死后发现及成虫形态学鉴定以及分子方法。每个层面提供不同的信息:粪便学检查确认鞭虫病但不能确定寄生虫物种,而成虫形态学和分子方法可提供可靠的物种鉴定。
6.1. 临床怀疑
感染可根据病史、流行病学数据和临床症状进行怀疑。大多数自然感染为低强度,无症状或伴随轻微非特异性症状,因此仅通过粪便学检查或剖检发现。也有描述伴有更严重临床疾病的孤立暴发。在高强度感染中,特别是羔羊,发生出血性结肠炎和伪膜性盲肠炎,伴随腹泻、严重贫血、脱水、黄疸和消瘦,并可能发生死亡。盲肠壁增厚减少大肠中的水分吸收,促进腹泻的发展。
感染强度与临床症状之间的关系并不总是直接的。在一个12只羔羊的羊群中,所有动物均发现鞭虫卵,但仅两只观察到腹泻。由于临床表现非特异性,实验室确认和排除幼龄反刍动物腹泻的其他原因对于建立诊断是必要的。
6.2. 粪便学诊断
使用浓集方法的粪便学检查是常规诊断的基础。虫卵呈桶状或柠檬状,具有明显的极塞和厚的、分层的、黄褐色壳,尺寸为50–80 × 30–50 μm,排出时未胚胎化。反刍动物中不同鞭虫属物种的虫卵形态和尺寸有相当大的重叠,因此粪便学发现确认鞭虫属物种感染,但不能鉴定寄生虫物种。为获得参考虫卵材料,Pasechnik获得了一种从自然感染动物结肠中回收的成年雌虫体外收集成熟T. ovis虫卵的程序专利。
定量方法(McMaster、Mini-FLOTAC、FLOTAC)用于估计感染强度和监测治疗效果,也已应用于小型反刍动物近期的流行病学研究。然而,它们在低虫卵计数时对鞭虫卵的敏感性有限。使用McMaster方法,包括T. vulpis在内的多种蠕虫卵仅在500个卵/克粪便(EPG)以上时才能可靠检测,而使用ZnSO4(比重[SG] 1.30)的联合沉淀-漂浮法,从80 EPG以上可检测。在骆驼中,鞭虫属 spp.的流行率使用Mini-FLOTAC方法为0.3%,McMaster方法为0.7%,半定量漂浮法为1.7%。
根据蠕虫卵分为轻卵和重卵的标准分类,鞭虫型卵被归类为轻卵。然而,多项研究表明漂浮液的选择和漂浮时间对这些卵尤为重要。在低强度感染中,Alcaino和Baker通过二铬酸钠(SG 1.35)离心漂浮回收了未通过硝酸钠(SG 1.18–1.20)非离心漂浮检测到的T. ovis虫卵;两种方法回收虫卵数量的比值对于圆线虫型卵为2.4,蛔虫型卵为3.2,鞭虫型卵为6。使用比重1.30的硝酸钠漂浮比推荐的比重1.20多回收62.7%的鞭虫卵。在绵羊中,使用NaCl漂浮检测到的T. ovis虫卵比Ca(NO3)2、蔗糖和NaCl的联合溶液少2.3倍,在动物园反刍动物中,比重1.27–1.40的糖溶液比MgSO4(SG 1.26)和ZnSO4(SG 1.18)溶液更有效。鞭虫卵在漂浮液中移动比其他物种的卵更慢,因此至少需要24分钟才能回收至少80%的虫卵。另一方面,在已报道的感染病例中,使用饱和NaCl溶液漂浮在所有羔羊中检测到鞭虫卵,表明该方法在较高强度感染中有用。
这些数据与作者常规粪便学诊断工作中的观察一致,即针对重蠕虫卵的方法(沉淀、ZnSO4漂浮)和延长重力漂浮对T. ovis虫卵比饱和NaCl溶液(SG 1.20)漂浮更敏感。T. ovis虫卵的密度是否与鞭虫属其他物种的虫卵不同尚未被研究;该假设需要使用已知虫卵计数的样本进行方法的定量比较。在此之前,推荐使用较高比重(≥1.27–1.40)的漂浮液、离心漂浮或延长重力漂浮用于T. ovis的诊断。
6.3. 卵壳结构及其诊断相关性
根据经典三层模型,基于T. suis和T. muris虫卵的透射电子显微镜观察,卵壳由外层卵黄(脂蛋白)层、中间几丁质层和内层脂质层组成。几丁质层具有层状组织,几丁质微纤维包裹在蛋白质外壳中,而极塞含有较少的蛋白质,以纤维形式排列在几丁质基质内,使极塞在孵化过程中易于降解。在T. trichiura中,已描述壳的几丁质部分有超过10个致密板层。对于T. ovis,仅有组织化学数据可用,根据这些数据,蛋白质占完全成熟虫卵内部内容物的大部分。
在对文献的批判性分析基础上,Bond和Huffman提出用改编自秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)模型的六层框架替代三层模型。在该框架中,外层(原卵黄层)被指定为卵膜(pellicula ovi)(第1层),其后为几丁质层(第2层),而富含脂质的层(第3a层)保留自经典模型;第5层代表通透性屏障膜,第2层和第3层各分为两个亚层。作者还将该框架扩展到毛形线虫类(trichinelloid)线虫的极塞。我们呈现该模型的六个组成部分作为鞭虫属虫卵的超微结构框架,同时注意到这些层均未在T. ovis中被实验表征。
厚的、层状的几丁质壳解释了虫卵的高环境抵抗力,也可能影响其密度,从而影响其在漂浮液中的行为。这种关系尚未被研究,代表了一个应通过测量不同鞭虫属物种虫卵密度来检验的假设。厚的几丁质壳还阻碍从虫卵中提取DNA,这限制了分子方法在粪便样本中的应用。
6.4. 死后诊断与成虫形态学鉴定
剖检时,成虫嵌于盲肠和近端结肠黏膜中,虫体数量可估计感染强度。肉眼和组织病理学变化在第5节中描述。组织病理学和免疫组织化学分析不是常规诊断的一部分,但它们是研究发病机制和局部免疫应答的重要研究工具。
成虫的形态学和形态计量学分析是在没有分子诊断时物种确认的标准方法。虫体保存在70%乙醇中,在甘油和乙醇混合物中透明化,在光学显微镜下检查,鉴定基于Soulsby和Kuchai等描述的标准。
成虫身体由纤细的前部(含被杆状细胞包围的食管)和较宽的后部(含肠道和生殖器官)组成。角质层有横纹,具有明显的纵向杆状带。口腔含矛状口针;根据一些作者,唇发育不良,而其他人未描述唇。雌虫长于雄虫。雄虫后端呈螺旋卷曲,具有单一交合刺,带有一个可伸缩的、覆盖棘的鞘,其远端有一个覆盖较短棘的球状膨大。阴门位于食管和肠道交界处附近,突出,覆盖棘状乳突,子宫内含单行排列的虫卵。主要形态计量学特征见表1。
交合刺长度被认为是区分雄虫的主要特征,但在T. ovis和T. globulosa之间存在重叠(第2节)。阴门形状也不是可靠的标准:在分子鉴定的雌虫中,Vejl等描述了四种阴门形态型,其中一种同时出现于T. ovis和T. discolor。因此,形态学鉴定应尽可能通过分子方法确认。
6.5. 分子诊断
由于反刍动物中鞭虫属物种(T. ovis、T. discolor、T. skrjabini、T. globulosa)的虫卵和成虫形态学特征重叠,分子方法现在是可靠物种鉴定、鉴别诊断、流行病学和系统发育研究以及人兽共患潜力评估的主要工具。最重要的标记及其应用见表2。
核糖体标记的分辨率不同。部分18S rRNA基因高度保守,适合确认属的归属,但不适合区分近缘物种。ITS1和ITS2区域变异性更大,能可靠区分T. ovis与T. discolor,但ITS2不能区分T. ovis和T. globulosa,对此需要线粒体标记。没有单一标记能满足所有要求,因此推荐核标记和线粒体标记的联合分析。
T. ovis遗传多样性的数据取决于所使用的标记和所研究的地区。在湖南省山羊中基于cox1基因发现低的种内变异(0–1%),在广东省cox1、nad5和cytb获得了类似结果。相反,在捷克共和国对ITS1-5.8S-ITS2区域的分析揭示了T. ovis的高单倍型多样性,同时T. discolor遗传上均一。Hughes等将低的cox1单倍型多样性归因于可能的奠基者效应,但该结论基于来自单一地区的有限样本。
基于ITS区域稳定插入和缺失(INDEL)开发的PCR标记INDEL1和INDEL2允许无需测序即可区分T. ovis和T. discolor,其结果与测序和形态学鉴定完全一致。使用这些标记,在绵羊和狍中均检测到这两个物种,包括混合感染。
一个特殊问题是对粪便中虫卵DNA的分析,这是常规诊断中唯一可用的材料。在猕猴中,部分18S rRNA基因从13份虫卵样本中的6份扩增成功,而ITS2区域的扩增未成功。此外,大多数可用的T. ovis序列来自中国、几个欧洲国家和中亚,而许多地区缺乏分子数据,包括巴尔干地区。
定量PCR(qPCR)、下一代测序(NGS)和宏条形码代表了一个有前景的发展方向,因为它们提供更高的敏感性并允许直接在粪便样本中检测混合感染。在人类中,qPCR可从低至5 EPG检测到鞭虫卵,而显微镜方法为50 EPG,通过纳米孔测序确定的ITS2片段长度被证明是区分T. trichiura和T. incognita的廉价标记。类似方法可开发用于区分反刍动物中的鞭虫属物种,但此类方法尚未在T. ovis中开发或验证(表3)。
7. 治疗与控制
7.1. 驱虫药及其对T. ovis的疗效
鞭虫病的治疗应被视为综合控制规划的一部分,包括驱虫、预防措施和畜群管理。小型反刍动物使用四类驱虫药:苯并咪唑类(芬苯达唑、奥芬达唑、阿苯达唑)、大环内酯类(伊维菌素、莫西菌素)、咪唑并噻唑类(左旋咪唑)和四氢嘧啶类(噻嘧啶、莫仑太尔)。已有报道使用美替吡啶、芬苯达唑和奥芬达唑治疗反刍动物鞭虫病。Jalajakshi等描述了使用奥芬达唑和支持疗法治疗三只伴有腹泻、虚弱和慢性体重减轻的山羊:两只动物在一周内康复,而一只死亡,剖检发现鞭虫属和血矛属(Haemonchus)物种的混合感染。
关于个别药物 specifically 对T. ovis疗效的数据非常稀少,因为小型反刍动物的驱虫药疗效研究主要涉及圆线虫。在埃塞俄比亚自然感染绵羊的研究中,鞭虫属是存活于阿苯达唑、伊维菌素、左旋咪唑和四咪唑治疗的线虫之一,而联合治疗导致虫卵计数完全降低。因此,对T. ovis驱虫药疗效的系统评价仍然是未来研究的优先事项之一。
芬苯达唑即使在高剂量下也相对安全,而阿苯达唑因具有胚胎毒性不应在妊娠前30天使用。由于山羊代谢药物更快,常使用比绵羊批准剂量高1.5–2倍的剂量,尽管山羊的有效剂量尚未确定;剂量不足可能降低疗效并促进耐药性的发展。代谢差异的重要性还体现在以绵羊剂量治疗的 Goat 中伊维菌素疗效较低。
7.2. 驱虫药耐药性及分子标记
驱虫药耐药性是寄生虫在遗传上决定的在先前有效的药物治疗下存活的能力;治疗后,耐药个体存活并将耐药基因传递给后代。小型反刍动物线虫对所有主要类别驱虫药的耐药性现已广泛存在。在印度,所有受检山羊农场均发现对芬苯达唑和左旋咪唑的耐药性,94.1%的农场对伊维菌素耐药,在巴西,所有15个受检绵羊群中均发现多重耐药线虫。然而,这些数据主要涉及圆线虫,尤其是捻转血矛线虫(Haemonchus contortus),而T. ovis的耐药性尚未被记录。
在反刍动物线虫中,苯并咪唑耐药性与同型1 β-微管蛋白基因第167、198和200位密码子的多态性相关。在T. trichiura中,由于阿苯达唑的中等疗效,该方法已被研究:治疗后,第200位密码子纯合耐药基因型的比例在海地从3.1%增加到55.3%,在肯尼亚从51.3%增加到67.8%,虫卵减少率分别为49.7%和10.1%。然而,阿苯达唑治疗前后整个β-微管蛋白基因的测序显示已知多态性与治疗反应之间无关联,表明鞭虫属中的耐药标记可能也位于该基因之外。β-微管蛋白基因尚未在T. ovis中被研究,尽管已为T. trichiura开发了从粪便中单个虫卵基因分型的测定方法,可适应该物种。
7.3. 综合控制
当前小型反刍动物线虫控制的建议基于综合寄生虫管理,旨在减少对驱虫药的依赖。关键原则如下:避免未经事先粪便学检查即治疗所有动物;通过基于粪便虫卵计数或体况的靶向选择性治疗保护庇护所(refugia),即未暴露于药物的寄生虫种群部分;使用粪便虫卵计数减少试验(FECRT)监测药物疗效;隔离新获得的动物,在引入畜群前进行粪便学检查和处理。在实践中,这些原则很少被应用:在意大利南部,仅24.4%的绵羊养殖者和11.3%的山羊养殖者在治疗前进行粪便学检查,小农户往往不了解正确的剂量和驱虫方案。
T. ovis的生物学要求对这些措施进行调整。由于胚胎化虫卵保持感染性数年,牧场休整和轮换的效果不如对圆线虫那样有效,后者的幼虫在牧场上存活时间短得多。因此,减少环境污染在鞭虫病中尤为重要:保持圈舍和室外围栏的卫生、定期清除粪便、避免过度拥挤以及使用饲槽而非地面饲喂动物。最严重感染发生的幼龄动物应在控制规划中优先考虑。提供充足蛋白质的适当营养有助于动物对寄生虫感染的一般抵抗力。
在替代方法中,杀卵真菌尤为重要。捕食性真菌Duddingtonia flagrans作用于粪便中的线虫幼虫,因此对鞭虫无直接作用,其幼虫保持在虫卵内。相反,Pochonia chlamydosporia在体外穿透并破坏T. vulpis虫卵,对于一个分离株,21天后3型效应(菌丝穿透和虫卵定殖)高达94.8%,而D. flagrans和Monacrosporium thaumasium无此效应。Mucor circinelloides和Trichoderma atrobrunneum在30天内使骆驼粪便中50%的鞭虫属 sp.虫卵失去活力,向野牛施用含M. circinelloides和D. flagrans孢子的明胶 treats 在四周内使鞭虫属 sp.虫卵的活力降低9–57%。此类制剂尚未在绵羊和山羊中测试,但它们代表了一种有前景的减少环境污染的方法。药用植物也正在作为补充措施被研究。
目前没有针对反刍动物鞭虫属物种的疫苗。具有WAP和CAP结构域的蛋白质以及T. muris中描述的其他ES产物成分正被考虑作为潜在候选物,但此类研究尚未在T. ovis中进行。
8. 结论
T. ovis是一种广泛分布的家养反刍动物线虫,其重要性不仅应基于临床症状评估,还应结合感染强度、亚临床生产损失以及使其在畜群中持续存在的条件来评估。直接生活史和虫卵在环境中的长期存活是感染维持和传播的主要因素。流行率数据显示明显的地理变异性,但在解释时应适当考虑所使用的诊断方法,因为粪便学发现不能区分鞭虫属物种。分子研究已确认T. ovis作为区别于T. discolor和T. skrjabini的独立物种的地位,但也提出了其与T. globulosa关系以及隐存遗传谱系存在的问题。感染控制需要基于诊断、合理使用驱虫药和保护庇护所的整合方法,特别强调减少环境污染。
综述的文献还显示出明显的不平衡。相当多的注意力给予了基于粪便学检查的流行率调查(无法鉴定物种)和T. muris免疫模型,而结合T. ovis形态学和分子鉴定的研究仍然很少,反刍动物的免疫应答仅在单一羊群中通过免疫组织化学进行了检查。T. ovis与T. globulosa的关系以及隐存谱系的存在仍然存在争议,因为核糖体和线粒体标记给出不一致的结果。流行率研究在欧洲和南亚及中亚最为丰富,而非洲、美洲和大洋洲的研究很少;分子数据主要来自中国、西班牙和捷克共和国,巴尔干地区无可用数据。因此,未来研究的优先事项包括流行病学调查中的整合物种鉴定、专门针对T. ovis的驱虫药疗效和耐药性评估、反刍动物免疫应答的表征以及针对粪便样本的验证分子诊断工具的开发。
从诊断角度来看,粪便学检查仍是常规实践的基础,但可靠的物种鉴定需要核标记(ITS1、ITS2)和线粒体标记的联合分析,以及从粪便虫卵中提取DNA的标准化方案,而定量PCR和下一代测序可以实现粪便样本中混合感染的直接检测。