综述:赤羽病毒流行格局演变:全面综述

《Viruses》:The Changing Landscape of Akabane Virus: A Comprehensive Review

【字体: 时间:2026年07月14日 来源:Viruses 3.5

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  赤羽病毒(Akabane virus, AKAV)属于正布尼亚病毒属(Orthobunyavirus),由库蠓属(Culicoides)吸血蠓传播,主要感染反刍动物,是威胁全球动物健康的重要病原体,已在亚洲、中东、非洲及大洋洲地区广泛分布。成年动物感染AKAV

  
赤羽病毒(Akabane virus, AKAV)属于正布尼亚病毒属(Orthobunyavirus),由库蠓属(Culicoides)吸血蠓传播,主要感染反刍动物,是威胁全球动物健康的重要病原体,已在亚洲、中东、非洲及大洋洲地区广泛分布。成年动物感染AKAV后多呈亚临床经过,但病毒可跨胎盘屏障导致流产、死胎及严重先天性畸形,造成显著经济损失。近期研究发现AKAV宿主范围已扩展至家猪、竹鼠等非反刍物种,且在哺乳动物中表现出明显毒力。AKAV的宿主可塑性叠加全球变暖驱动的库蠓分布扩张,引发了对病毒传入无免疫史易感家畜群体的担忧。由于缺乏特异性治疗手段,疫苗接种仍是防控AKAV的核心措施。气候变暖推动媒介扩散的背景下,AKAV已成为动物健康领域日益重要的新发病原体,亟需加强监测体系、深化病毒生物学、毒力及致病机制研究,并开发新型候选疫苗。本综述系统梳理了AKAV的生物学特性、流行病学特征及所致疾病的最新研究进展,并对防控策略进行了深入探讨。

1. 引言

节肢动物传播的病毒(虫媒病毒)因气候、生态及人为因素驱动媒介向非疫区扩散,持续对人类及动物健康构成全球性挑战。近年 livestock 种群对虫媒病毒的易感性已得到充分证实,如流行性出血病病毒(Epizootic hemorrhagic disease virus, EHDV)首次侵入欧洲多国并广泛传播。在相关病原体中,赤羽病毒(AKAV)始终是反刍动物生产系统的重点关注对象。AKAV分类学上属于椭圆病毒目(Ellioavirales)周布尼亚病毒科(Peribunyaviridae)正布尼亚病毒属,传统上归属于Simbu血清群,该群还包括施马伦贝格病毒(Schmallenberg virus, SBV)、艾诺病毒(Aino virus, AINOV)、沙蒙达病毒(Shamonda virus, SHAV)等其他重要动物病原。Simbu血清群的正布尼亚病毒主要通过库蠓传播,常导致 livestock 繁殖障碍及先天性畸形。自1959年在日本首次鉴定以来,1972-1974年日本暴发大规模疫情,累计超过42000头犊牛出现先天性异常,此后AKAV在亚洲、中东、非洲及大洋洲反复引起动物流行病,造成包括流产、死胎及严重先天性畸形在内的重大繁殖损失。当前AKAV研究领域仍存在显著知识缺口。现有防控完全依赖传统疫苗策略,但AKAV毒株间的抗原变异、基因组重配事件以及减毒活疫苗(Live-attenuated vaccines, LAVs)的安全性隐患,凸显了开发新一代候选疫苗及完善监测体系的迫切性。本综述整合了AKAV生物学、致病机制、流行病学、宿主范围及抗病毒免疫应答的最新研究进展,并针对这一日益重要的虫媒病原体的影响缓解策略进行了挑战分析与前景展望。

2. Akabane Virus

正布尼亚病毒属病毒呈球形,直径约100 nm,具有脂质包膜,内含分节段负链单股RNA[(-)ssRNA]基因组,两端分别为3'和5'非翻译区(UTR)。分节段基因组包含三个片段,分别命名为S(小)、M(中)和L(大)片段,共编码4种结构蛋白和2种非结构蛋白。
L片段含单一开放阅读框(Open Reading Frame, ORF),编码病毒RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase, RdRp,约260 kDa),是基因组复制与转录的核心元件。AKAV的RdRp已被证实为潜在毒力决定因子,温度敏感性RdRp突变体与体内减毒表型相关。尽管目前缺乏AKAV RdRp的结构学研究数据,但周布尼亚病毒科内病毒RNA聚合酶的高度结构保守性支持通过比较结构建模开展相关研究。AKAV RdRp的结构预测显示其与拉克罗斯病毒(La Crosse virus, LACV;PDB: 5AMQ)RdRp晶体结构具有极高相似性(均方根偏差RMSD为0.89 ?)。以流感病毒RdRp为参考,结合多种布尼亚病毒RdRp的结构功能特征,可将其划分为四个主要功能区域:N端内切核酸酶结构域(aa 1-181)、PA-C样结构域(aa 182-755)、PB1样结构域(aa 756-1337)和PB2-N样结构域(aa 1338-1729)。N端内切核酸酶结构域在周布尼亚病毒科中高度保守,负责切割宿主mRNA的5'帽子结构,通过“抢帽”(cap-snatching)机制获取带帽寡核苷酸作为病毒mRNA转录的引物,最终产生带帽但通常非多聚腺苷酸化的病毒转录本。序列分析支持AKAV RdRp存在N端内切核酸酶结构域,其活性中心包含保守的活性位点残基(H34、D52、D77、D90、K92和K106),符合布尼亚病毒内切核酸酶特征基序(H…P D…D/E…K),提示AKAV同样利用抢帽机制启动病毒mRNA合成。PA-C样结构域相当于流感病毒RdRp的PA结构域C端,其中保守的G基序包含一个精氨酸残基,参与催化位点起始核苷三磷酸(NTP)的定位。PB1样结构域呈现经典的右手折叠(手指-手掌-拇指)亚结构域排列,包含负责RNA合成的催化核心,其中的催化基序A-H位于手掌亚结构域,在周布尼亚病毒科中高度保守,协调模板RNA结合、核苷酸结合及催化辅因子配位。PB2样结构域作为帽结合结构域,介导RdRp识别并结合宿主mRNA的帽结构,是病毒RNA转录正确启动的关键步骤。由于当前AKAV RdRp模型基于AlphaFold2假设性结构预测,仍需通过结构与突变分析阐明AKAV L蛋白各结构域的结构功能特性,明确AKAV RdRp复制效率与毒力的分子决定因素。
M片段编码一个多蛋白前体,经宿主蛋白酶切割后产生跨膜糖蛋白Gc(约100-125 kDa)、Gn(约35-40 kDa)及非结构蛋白NSm。成熟病毒粒子中,Gn与Gc形成异二聚体,在脂质包膜上组装成由三个Gn-Gc异二聚体构成的足状刺突,该结构组织在正布尼亚病毒中高度保守。尽管多种受体与共因子参与布尼亚病毒的附着与进入,但AKAV细胞附着与进入的具体宿主因子仍不明确。体外研究表明,硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(Heparan sulfate proteoglycans, HSPGs)是AKAV进入细胞的重要附着因子。与细胞表面结合后,AKAV通过网格蛋白介导或小窝蛋白依赖的内吞途径进入哺乳动物细胞,两种途径均依赖内体酸化触发的低pH膜融合步骤。AKAV Gc蛋白的结构与功能特征已有较多研究,其呈现模块化结构:高度变异的N端半区包含暴露的头部结构域,相对保守的C端区域则与膜融合功能相关。作为细胞受体识别的关键决定因子,Gc蛋白(尤其是头部结构域)是病毒中和抗体(Neutralizing antibodies, nAbs)的主要靶点,免疫压力驱动了AKAV分离株间的序列变异。早期基于中和单克隆抗体的研究定义了AKAV Gc蛋白的至少五个抗原区,后续研究通过实验定位了两个包含中和表位的区域(残基1-97和189-397),以及一个位于残基1134-1142的广谱线性中和表位,表明AKAV Gc蛋白的抗原性分布于蛋白质的功能各异区域。除细胞附着外,近期研究提示AKAV Gc糖蛋白可能与FKBP8、BNIP3、USP30等线粒体蛋白相互作用,这些蛋白参与蛋白转运折叠、线粒体稳态、自噬及线粒体自噬,可影响病毒复制,但具体机制尚未阐明。
跨膜Gn糖蛋白在正布尼亚病毒中相对保守,在Gn-Gc刺突结构组装、细胞内转运及病毒粒子装配中发挥关键作用。Gn蛋白通过膜近端定位稳定足状刺突结构,部分遮蔽Gc的融合环,并作为分子伴侣协助Gc正确转运至高尔基体——病毒成熟的场所。尽管尚无已解析的正布尼亚病毒Gn蛋白结构,但已知其包含暴露于表面的N连接糖基化胞外域、单一跨膜域及短胞质尾,后者参与高尔基体靶向滞留信号及装配过程中与病毒核糖核蛋白(Ribonucleoprotein, RNP)复合物的相互作用。N-糖基化对蛋白正确折叠、Gn-Gc异二聚体形成及两种糖蛋白的细胞内转运至关重要。AKAV Gn的具体结构与功能特征仍有待深入研究。
由M片段多顺反子编码的NSm蛋白(约25-30 kDa)在AKAV及其他布尼亚病毒中的功能研究尚不充分。NSm位于M多蛋白的两个糖蛋白之间,在多蛋白成熟过程中被细胞蛋白酶切割释放。在裂谷热病毒(Rift Valley fever virus, RVFV)中,NSm对体外病毒复制非必需,但具有抗凋亡作用;在正布尼亚病毒如SBV或布尼亚韦拉病毒(Bunyamwera virus, BUNV)中,NSm同样非体外复制必需,但参与病毒形态发生。AKAV的NSm蛋白对哺乳动物细胞内的高效病毒复制至关重要,可能是体内的毒力因子。近期BUNV研究显示NSm是病毒突破昆虫媒介中肠屏障、实现在媒介体内扩散的关键因子,但SBV研究中未观察到类似现象,提示该媒介物种可能对病毒扩散更具许可性,NSm依赖功能并非必需或可代偿。AKAV NSm在媒介传播能力与扩散中的作用仍需探索,这种表型差异提示尽管NSm结构保守,其功能可能具有病毒特异性,AKAV NSm可能参与尚未阐明的宿主或媒介特异性相互作用。
S片段在AKAV分离株中高度保守,包含两个重叠阅读框,分别编码核衣壳(N)蛋白和非结构蛋白NSs。N蛋白(约19-26 kDa)与每条(-)ssRNA节段结合,与病毒RdRp共同形成RNP,是病毒复制与转录的功能单位。AKAV N蛋白的首要功能是保护病毒基因组,RNP作为RdRp的活性模板发挥作用。序列比对显示AKAV N蛋白与其SBV同源物高度保守,SBV N蛋白(PDB: 4JNG)晶体结构与AKAV N蛋白的预测假设模型也具有高度相似性(RMSD为0.558 ?),支持以SBV N蛋白为模型开展比较研究。基因组封装依赖于病毒RNA与多个N蛋白的相互作用,RNA被 sequestered 于N蛋白带正电的RNA结合沟内。该过程需要相邻N单体间的同型相互作用形成四聚体,与SBV N蛋白的结构排列一致。此外,N蛋白还参与调控病毒基因组转录、调节RdRp活性及与Gn-Gc复合物相互作用。与多数布尼亚病毒类似,AKAV NSs蛋白(理论分子量约10 kDa,通过ProtParam工具估算)是关键的毒力因子,促进病毒在哺乳动物宿主体内的扩散并提高疾病严重程度。布尼亚病毒NSs蛋白功能多样,包括拮抗干扰素(IFN)应答、破坏宿主细胞转录机制、促进自噬等。AKAV缺失NSs表达的突变株在乳鼠及怀孕山羊体内复制能力下降,胎儿神经侵袭能力丧失,明确了其作为核心毒力因子的地位。AKAV S片段也是插入外源序列的理想区域,重组AKAV在S片段中携带荧光或发光报告基因后,仍可维持野生型病毒的病毒学与致病特征,为研究病毒嗜性及生物样本检测提供了工具。

3. Changes in AKAV Epidemiology: Influence of Global Warming

AKAV于1959年在日本首次鉴定分离,随后被确认为该国牛群高流产率、死胎及先天性畸形疫情的病因。迄今,该病毒已在亚洲、中东、非洲及澳大利亚分离获得,上述地区均有反复疫情发生。具体而言,AKAV已在日本、中国、中国台湾、韩国、阿曼、伊朗、南非、津巴布韦、印度尼西亚、澳大利亚、肯尼亚分离到,血清学证据还显示其在苏丹、尼日利亚、坦桑尼亚、叙利亚、马来西亚存在循环。媒介监测对于发现隐性传播循环或预测AKAV等虫媒病毒的传播扩散至关重要,尽管部分热带亚热带亚洲国家尚未记录到脊椎动物感染,但邻近区域的昆虫学调查提示AKAV可能在这些地区循环。地中海盆地同样是AKAV的适宜生境,土耳其、塞浦路斯、约旦、埃及、以色列均已证实存在AKAV。系统发育研究将当前AKAV分离株分为I-IV四个基因型:东亚分离株属于基因I型和II型,澳大利亚与非洲分离株属于基因III型和IV型。
东亚是全球家养反刍动物种群密度最高的区域之一,成为影响 livestock 的虫媒病毒的理想栖息地。AKAV动物流行病造成的经济损失显著,涉及生育力下降、死胎、流产、先天性畸形、兽医诊疗成本增加及产奶量减少。日本是反刍动物虫媒病毒感染的热点地区,AKAV仍是限制其 livestock 生产力的主要因素。该国循环中AKAV基因I型和II型均以牛为主要宿主。1972-1974年日本AKAV疫情中,牛的主要临床表现为流产、死胎及先天性畸形,典型症状为关节弯曲-脑积水综合征。通常出生后动物感染AKAV呈亚临床经过,但也可出现站立不能、运动失调、角弓反张及脑脊髓炎等中枢神经系统炎性病变。基因I型分离株与出生后牛的神经毒力增强相关,基因II型分离株虽也可导致类似症状,但极为罕见,主要关联经典的关节弯曲-脑积水综合征。2006年以来,基因I型AKAV在日本疫情中占据主导,其特征为出生后牛的严重脑脊髓炎,反映了循环基因型及疾病结局的转变。韩国也报道了由基因I型AKAV引起的出生后牛严重脑脊髓炎疫情。鉴于韩日分离的神经毒力毒株亲缘关系紧密,研究者推测日本影响出生后牛的基因I型神经毒力毒株可能起源于韩国。这种日本疫情表型向出生后动物明显神经嗜性/神经毒力的转变,例证了AKAV的地理扩散与遗传变异如何驱动致病性的显著变化,凸显了跨境传播路线监测的重要性。
虫媒病毒病的流行病学深受病毒遗传进化的影响。布尼亚病毒的分节段RNA基因组决定了AKAV的遗传变异主要来自遗传漂变与基因重配。基因重配是正布尼亚病毒适应多样环境条件与宿主种群、维持病毒适合度的核心进化机制,增加了疾病防控难度。典型案例为Ngari病毒——一种天然重配正布尼亚病毒,其L和S片段来自BUNV,M片段来自巴泰病毒,与人类严重发热出血性疾病疫情相关。反向遗传学实验证实了AKAV的重配能力,田间也已发现自然重配事件证据,包括包含不同AKAV基因型基因组片段的病毒。例如,中国发现的重配病毒S片段源自中国毒株,L和M片段源自以色列毒株。减毒活疫苗也可能促进重配,增加AKAV遗传多样性:中国一株AKAV分离株的L片段似乎来源于减毒疫苗株,而M和S片段来自野毒株。尽管Simbu血清群正布尼亚病毒间可能存在超感染排斥,但仍鉴定到该群病毒(包括AKAV)间的基因重配事件,可能导致新毒株出现,伴随抗原性、毒力、嗜性及/或宿主范围的改变,对监测、诊断及疫苗设计构成重大挑战。目前AKAV表型数据有限,近期研究显示将AKAV-7的S片段替换为致病性差异显著的K0505毒株S片段,并未显著降低乳鼠死亡率,提示M和/或L片段可能贡献毒株特异性致病性。LACV或Ngari病毒的研究表明,重配可导致病毒复制、致病性或神经毒力的表型改变,印证了重配对正布尼亚病毒的影响模式,也凸显了AKAV重配的流行病学与兽医学意义。
AKAV的遗传多样性可能表征其对新型易感宿主的适应能力,进一步增加了流行病学复杂性。除牛外,多种野生与家养草食动物已被证实为易感宿主。值得注意的是,多项研究证实猪对AKAV高度易感,养猪场血清阳性率较高。实验数据提示家猪(可能包括野猪等猪科动物)可作为自然宿主,其产生的短暂病毒血症足以支持库蠓媒介传播,因此猪可能参与AKAV传播循环,尽管尚缺猪传媒介的直接证据,仍需实验验证猪是否能有效促进AKAV持续传播。猪感染AKAV后出现与反刍动物相似的病理特征,包括胎儿发育异常与仔猪死胎。中国作为全球最大生猪养殖与消费国,猪被确认为高易感宿主对 livestock 健康与生产力构成重大威胁。此外,AKAV已被证实是中国竹鼠(中华竹鼠)养殖场三次大规模疫情的病因,死亡率显著。尽管这引发了对其流行病学角色的疑问,但竹鼠的高易感性与严重疾病表现与维持传播循环所需的疾病耐受度不符,更可能为从感染反刍动物经媒介介导的外溢事件。非洲多种非反刍野生动物的散在血清学阳性提示其可能参与病毒维持,但均无参与自然传播的证据。尽管AKAV宿主可塑性极强、宿主范围广泛,但目前无任何流行病学或病毒学证据表明人类感染,因此其人畜共患潜力被认为极低。

3.1. Role of Culicoides Insect Vector in Akabane Virus Spread

AKAV是虫媒病毒病原体,主要由库蠓属(双翅目,蠓科)雌性吸血蠓传播,其地理分布受媒介库蠓适生生境限制。多项研究已鉴定多种参与AKAV传播的库蠓种类,包括蚀刻库蠓(Culicoides oxystoma)、拟蚁库蠓(C. imicola)、台湾库蠓(C. tainanus)、斑点库蠓(C. punctatus)、短跗库蠓(C. brevitarsis)、舒氏库蠓复合群(C. schultzei complex)、长翅库蠓(C. longipennis)及环斑库蠓(C. circumscriptus)等。实验室条件下已证实饲养的变异库蠓(C. variipennis)对AKAV易感,但不同库蠓种类的经口感染率、扩散率及传播率数据匮乏,限制了媒介效能的比较评估。日本AKAV传播的主要媒介为蚀刻库蠓,但台湾库蠓、斑点库蠓、荒川库蠓(C. arakawae)及松泽库蠓(C. matsuzawai)在牛场大量存在,可能在传播中起关键作用。澳大利亚AKAV的分布取决于短跗库蠓的季节消长。韩国优势库蠓种类包括斑点库蠓、荒川库蠓及台湾库蠓,而蚀刻库蠓、斑库蠓(C. maculatus)等丰度较低的种类也参与传播。中国牛、羊、山羊养殖场库蠓种类组成存在差异,已发现 obsoletus库蠓(C. obsoletus)、荒川库蠓、台湾库蠓、纽斯特德库蠓(C. newsteadi)、拟蚁库蠓及蚀刻库蠓,但其对AKAV扩散的相对贡献未知。土耳其及中东地区已鉴定多种库蠓,包括蚀刻库蠓、拟蚁库蠓、舒氏库蠓、长翅库蠓及环斑库蠓,部分已被证实为AKAV媒介,考虑到这些种类在地中海盆地的广泛分布,具有重要流行病学意义。AKAV疫情通常呈季节性,与媒介种群丰度高峰期吻合,温带地区多见于晚春至秋季,热带适生区则呈年度或半年度循环。降雨分布、暖冬等气候因素影响库蠓生物学特性,促进成虫羽化,增加病毒传播风险。
经卵传播曾被提议为其他库蠓传播病毒(如SBV、EHDV)的越冬机制。传统观点认为AKAV无法在库蠓体内经卵传播,但该结论仅基于1990年的一项研究,近三十年来缺乏相关补充证据,存在显著知识缺口。近期研究显示EHDV在索诺雷恩库蠓(C. sonorensis)中存在极低频率的经卵传播,可能作为越冬机制促进病毒持续存在,推翻了环状病毒无经卵传播的传统认知。因此,尽管现有证据不支持AKAV在库蠓种群中经卵传播越冬,仍需重新评估其在特定生态或媒介种群条件下的经卵传播可能性。
AKAV可在白纹伊蚊(Aedes albopictus)培养细胞中复制。日本已从自然界的三带喙库蚊(Culex tritaeniorhynchus)、日本伊蚊(Aedes vexans nipponii)、中华按蚊(Anopheles sinensis)、迷走按蚊(Anopheles vagus)及致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)中分离到AKAV,但分离结果不代表媒介效能。尽管库蠓以外的替代节肢动物媒介对AKAV传播的贡献可能有限,但其潜在作用仍需澄清,否则可能增加防控难度。若按蚊属、库蚊属或伊蚊属蚊虫被证实为AKAV合格媒介,则可能拓宽宿主范围,并在库蠓活动低谷期维持病毒在自然界的循环,甚至实现经卵传播。
AKAV动物流行病通常呈季节性,依赖媒介种群丰度,但人类与环境因素影响虫媒病动态,改变节肢动物媒介的生物学、生态学及分布。近几十年,国际 livestock 流动、农业实践改变、城市化及全球变暖等多重人为因素驱动全球虫媒病毒分布扩张。其中全球变暖是核心驱动力,可缩短外潜伏期、延长媒介存活期、提高繁殖率并促进适生区地理扩张。AKAV向高纬度地区扩散可能因库蠓适生区大幅北扩而发生,正如库蠓传播的蓝舌病病毒与EHDV近几十年已扩张至较寒冷的北方地区。感染库蠓的被动远距离扩散促进了 orbivirus 在受影响区域内的传播,并助力病毒传入非疫区,欧洲近年的疫情已证实这一点。风媒传播感染的库蠓也可能是AKAV在非疫区出现的驱动因素。尽管AKAV在地中海盆地循环(该区域被认为是跨地域虫媒病毒传播热点),但欧洲国家尚未检测到本土循环。考虑到AKAV传播的库蠓种类在欧洲亦有分布,病毒传入无免疫史易感 livestock 的欧洲非疫区具有高度可行性,需引起警惕。
AKAV可能存在其他传播途径。尽管哺乳动物垂直传播不参与成年动物间的扩散,却是AKAV的特征性传播方式。如前所述,AKAV可高效跨胎盘屏障,在妊娠关键发育阶段感染胎儿。实验证实怀孕仓鼠模型中AKAV可建立垂直感染,在胎盘及胎儿组织(尤其是脑组织)高水平复制。怀孕绵羊与牛的实验感染显示成年动物仅出现轻度疾病与短暂病毒血症,而胎儿发生系统性感染,病毒具有明显的脑嗜性,导致发育异常。山羊中也已证实AKAV的垂直传播。高密度养殖场中,其他水平传播途径可能参与AKAV扩散。竹鼠养殖场疫情呈现高患病率,尽管昆虫媒介可能是主要传播源,但竹鼠间均一的传播模式提示可能存在直接接触或粪口传播,尤其考虑到啮齿动物的社群性与食粪习性。猪的实验性口鼻感染可导致AKAV有效复制,证实猪可通过直接黏膜暴露感染,但该途径可能需要高病毒滴度才能建立感染。

3.2. Diagnosis and Surveillance

AKAV监测面临特殊挑战:感染反刍动物病毒血症持续时间短,且常无症状或仅表现轻微临床症状,增加诊断难度。直接检测可通过病毒血症期采集的血液样本(如有条件可采集胎儿组织)分离病毒实现。Vero、BHK-21、HmLu-1等哺乳动物细胞系及C6/36、KC等蚊源细胞系可用于病毒分离,随后通过单特异或多克隆抗体进行免疫荧光或免疫组化鉴定。但病毒分离耗时较长,且高度依赖样本质量与采集时机,限制了其在常规监测中的应用。多数AKAV特异性分子检测靶向编码N蛋白的S基因组片段保守区,该区域在AKAV分离株间高度保守。逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)最早用于不同地理区域AKAV分离株的分子特征分析与遗传比较。巢式RT-PCR可通过特异性引物靶向S片段,实现AKAV与AINOV的鉴别检测。多重实时RT-PCR可在单反应体系中同时检测并定量AKAV与AINOV;一步法多重RT-qPCR则可实现AKAV、SBV与AINOV的差异化检测。近期开发的靶向N基因保守区的RT-LAMP(环介导等温扩增)技术,为AKAV RNA快速检测提供了替代方案。
尽管分子诊断方法在感染急性期具有高灵敏度与特异性,但AKAV感染的短暂性限制了其诊断价值,因此监测主要依赖血清学方法。常用血清学方法包括中和试验(血清中和试验SNT、病毒中和试验VNT)、免疫荧光试验及酶联免疫吸附试验(ELISA)。SNT与VNT因高特异性及检测功能性中和抗体的能力,被视为AKAV诊断的金标准,但操作繁琐,需活病毒与细胞培养,不适用于大规模监测。ELISA更适合高通量筛查,目前已上市多种商品化竞争ELISA试剂盒。部分ELISA基于N蛋白——一种高免疫原性抗原,但N蛋白在Simbu血清群内高度保守,导致N-based ELISA存在血清交叉反应问题,不过N特异性单克隆抗体可提高双抗体夹心ELISA的检测特异性。基于全病毒灭活抗原的ELISA可解决交叉反应问题。近期开发的基于病毒糖蛋白Gc的血清学检测方法具有优势:Gc蛋白包含主要中和表位,抗原变异度高于N蛋白。基于此开发的Gc-based三联ELISA可有效区分SBV、AKAV与舒尼病毒(Shuni virus, SHUV)的血清阳转。利用重组截短Gc蛋白的研究已定位两个包含中和表位的区域(氨基酸1-97和189-397),支持其作为诊断抗原的应用。近期利用中和单克隆抗体鉴定的AKAV Gc蛋白C端高度保守的中和表位(1134-SVQSFDGKL-1142),已被整合入基于乙型肝炎病毒核心抗原(HBcAg)的嵌合病毒样颗粒(VLPs),作为抗原初步建立了间接ELISA检测AKAV抗体。尽管这些基于Gc及表位特异性的方法前景广阔,但多数仍需充分评估方可应用于监测实践。此外,疫苗接种群体的监测仍存在问题:目前缺乏经验证的感染与免疫动物鉴别诊断(DIVA)系统,无法区分自然感染诱导的抗体与疫苗接种产生的抗体,这对流行病学监测与疾病控制计划构成重大限制,尤其是在广泛使用传统疫苗的当下。

4. AKAV Disease

如前所述,AKAV是上世纪日本动物流行病中牛先天性畸形的病因。根据感染时机与动物年龄,AKAV感染导致多样化的临床表现。成年牛感染AKAV通常出现短暂病毒血症,无明显临床症状,但部分病例可出现脑脊髓炎及神经症状。特定AKAV毒株(尤其是Iriki毒株及相关基因I型分离株)对出生后犊牛的感染可导致严重神经疾病,特征为脑脊髓炎及站立不能、共济失调、角弓反张、过敏及行为异常等神经症状。跨胎盘传播是AKAV感染的标志性特征,病毒在妊娠期跨胎盘屏障导致胎儿感染,先天性畸形的严重程度取决于胎儿感染时的妊娠阶段。通常妊娠3-8个月感染的胎儿出现先天性缺陷,其中3-6个月感染的发生率最高。受累胎儿的主要先天性异常包括脑积水、孔洞脑、关节弯曲、小头畸形及小脑发育不全。患病犊牛可死产、早产或足月出生伴严重畸形,出生后数天内死亡。
AKAV具有明显的神经嗜性,可从感染胎儿的脑、脊髓及脑脊液中分离到,但常观察到系统性胎儿感染。病毒靶向脑干神经胶质细胞及神经元细胞,尤其是脊髓腹角神经元,导致神经元丢失。感染胎儿的主要病变为未分化中枢神经系统的非化脓性脑脊髓炎,伴神经组织坏死。胎儿感染还累及骨骼肌发育的肌管阶段,导致严重肌肉萎缩。
绵羊与山羊感染AKAV的临床结局与牛相似,根据毒株特征表现为出生后疾病或先天性疾病。患病小反刍动物的神经异常包括关节弯曲、脑积水、脊柱后凸、脊柱侧凸、短颌、小头畸形及孔洞脑。感染羔羊胎儿中,AKAV优先感染神经元、神经胶质及神经节细胞,病理特征包括骨骼肌萎缩及不同脑区的非化脓性脑脊髓炎。
如前所述,AKAV可感染猪、竹鼠等非草食动物。成年猪通常无症状,但作为自然易感宿主,可能成为病毒-宿主-媒介循环中的沉默宿主。猪胎儿的跨胎盘感染导致与反刍动物宿主相似的严重先天性疾病,提示AKAV的毒力与致病性在不同物种间具有可比性。基因I型AKAV已从猪死胎与流产胎儿中分离,是其先天性畸形(包括脑积水、关节弯曲、脊柱弯曲及骨骼肌萎缩)的病原。与患病犊牛类似,感染仔猪也呈现非特异性脑脊髓炎及脊髓腹角神经元密度降低,病毒可在脑干及脊髓的神经元与胶质细胞中检测到。
AKAV的已知宿主范围在竹鼠自然感染鉴定后得到进一步扩展。值得注意的是,成年竹鼠群体发病率与死亡率均较高,这与成年 livestock 通常的亚临床或无症状感染显著不同。患病动物中枢神经系统呈现典型的非特异性脑脊髓炎,伴脑膜及血管周围单核细胞浸润,肺、心、肾、肝、脾等其他器官也受累,出现大体与严重的组织病理学病变。成年竹鼠的系统性感染与明显毒力提示其感染动力学与致病机制不同于反刍动物宿主。
多种实验动物(包括仓鼠、大鼠、豚鼠、小鼠)被用于AKAV研究。仓鼠、乳鼠及豚鼠接种AKAV后出现系统性感染及中枢神经系统复制,呈现与自然宿主一致的病理特征,如非特异性脑脊髓炎与骨骼肌萎缩,因此被用于研究AKAV垂直传播、胎儿感染、神经毒力、病毒致病性与嗜性。乳鼠被广泛用于毒株毒力、毒力因子、神经侵袭性及器官嗜性研究,感染后一致出现严重神经疾病,但其免疫系统未成熟,限制了在疫苗研究中的应用。免疫健全成年小鼠对AKAV易感性低于新生鼠,通常需要颅内接种才能在神经系统建立感染,一定程度上限制了其应用。I型干扰素受体敲除(IFNAR-/-)小鼠是近年来建立的AKAV体内研究模型,对腹腔或皮下接种高度易感,但感染后未见神经致病性报道,可能限制其在评估AKAV致病性与神经毒力中的应用。尽管如此,IFNAR-/-小鼠仍是研究AKAV复制的高许可系统,可作为均一的动物模型用于AKAV疫苗评价,这是未成熟乳鼠无法实现的。但需注意,I型干扰素信号通路缺陷可能导致疫苗保护效果高估,无法完全反映免疫健全反刍动物的抗病毒机制。

5. Vaccine Approaches Against Akabane Virus

AKAV对第一产业造成重大经济损失,且缺乏有效治疗手段,疫苗接种仍是经证实的唯一有效防控措施。最早的AKAV疫苗基于传统减毒活疫苗与灭活疫苗,目前在澳大利亚、日本、韩国等疫区国家商业化应用。Kurogi等(1978)通过细胞培养连续传代致弱高毒力OBE-1毒株,开发了首个减毒活疫苗。 attenuated AKAV毒株TS-C2在小鼠、犊牛及怀孕牛中显示毒力降低,同时保持良好的免疫原性,可诱导病毒中和抗体。该毒株对免疫怀孕牛攻击高毒力OBE-1
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