張帆 王禹淳 姜坤生 李思瑤 宋佰芬
摘 要:牛皰疹病毒Ⅰ型(BoHV-1)可以引起多種臨床疾病,如牛傳染性鼻氣管炎(IBR)、傳染性膿皰性外陰陰道炎(IPV)以及結(jié)膜炎等,是牛的一種急性、熱性、接觸性傳染病,對乳牛產(chǎn)奶量、公牛繁殖力及役用牛的使役力均有較大影響,每年造成極大的經(jīng)濟損失。牛皰疹病毒Ⅰ型的早期準確診斷和治療對于該病的防控具有重要作用。目前,牛皰疹病毒Ⅰ型的檢測方法主要有臨床診斷、病原學(xué)診斷和血清學(xué)診斷等,各有優(yōu)缺點。該文總結(jié)概述了牛皰疹病毒Ⅰ型的各種常用診斷方法,旨在為該病的進一步研究和診斷防控提供參考。
關(guān)鍵詞:BoHV-1;臨床診斷;病原學(xué)診斷;分子生物學(xué)診斷;血清學(xué)診斷
中圖分類號 S852.65+9.1文獻標識碼 A文章編號 1007-7731(2021)02-0093-05
Overview of Bovine Herpesvirus Type I Detection Technology
ZHANG Fan et al.
(College of Life Science and Technology,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing163319,China )
Abstract: Bovine Herpesvirus Type I (BoHV-1) can cause a variety of clinical diseases,such as bovine infectious rhinotracheitis (IBR),infectious pustular vulvovaginitis (IPV) and conjunctivitis. It is an acute,heat and contact infectious disease of cattle. It has a great impact on the milk yield of dairy cows,the fertility of bulls and the enabling power of cattle. It causes great economic losses. The early accurate diagnosis and treatment of bovine herpesvirus type I plays an important role in the prevention and control of the disease. At present,the detection methods of bovine herpesvirus type I mainly include clinical diagnosis,pathogenic diagnosis,and serological diagnosis,and each has its own advantages and disadvantages. This articlesummarizes the various commonly used diagnostic methods for bovine herpesvirus type I,aiming to provide reference for further research and diagnosis and prevention of the disease.
Key words: BoHV-1;Clinical diagnosis;Pathogenic diagnosis;Molecular biological diagnosis;Serological diagnosis
牛皰疹病毒Ⅰ型(bovine herpesvirus type-1,BoHV-1)是一種粒子直徑為150~200nm、具有脂質(zhì)囊膜的DNA球狀病毒,該病毒具有162個殼粒的20面體核衣殼[1]。BoHV-1的基因組全長為13.3Kb,可編碼80多個蛋白質(zhì)。除非結(jié)構(gòu)蛋白外,BoHV-1還包含gB、gC、gD、gE、gG、gH、gI、gK、gL、gM等發(fā)揮主要功能的結(jié)構(gòu)蛋白,其中編碼基因位于BoHV-1長獨特區(qū)的有g(shù)B、gC、gH、gK、gL、gM等糖蛋白,編碼基因位于BoHV-1短獨特區(qū)的有g(shù)D、gE、gG、gI等糖蛋白。這些結(jié)構(gòu)糖蛋白的主要功能是在病毒感染過程中配合完成病毒的吸附、滲透、復(fù)制和組裝等過程。例如,gB、gC、gD糖蛋白是刺激宿主產(chǎn)生免疫應(yīng)答反應(yīng)的最主要的幾種抗原蛋白[2-4]。
BoHV-1在養(yǎng)牛業(yè)可引起多種傳染性臨床疾病,在我國多個省市地區(qū)廣泛流行,對奶牛產(chǎn)奶量、肉牛繁殖力及生產(chǎn)率均有極大影響,在全球范圍內(nèi)造成重大經(jīng)濟損失。1956年Madin等[5]首次從患病牛體內(nèi)成功分離出BoHV-1,1964年Huck[6]對BoHV-1進行鑒定并成功確認該病毒屬于皰疹病毒科α-皰疹病毒亞科。20世紀80年代,歐洲西部多個國家地區(qū)暴發(fā)了極其嚴重的牛傳染性鼻氣管炎[7]。與此同時,國內(nèi)周泰沖等[8]在進口種牛中發(fā)現(xiàn)了BoHV-1并對其進行了分離鑒定。近年來,國內(nèi)BoHV-1的血清學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示:河南、四川、貴州、廣東、廣西、山東、新疆等地區(qū)的黃牛、水牛和中國荷斯坦奶牛中均出現(xiàn)BoHV-1感染現(xiàn)象[9]。
BoHV-1侵入宿主體內(nèi)細胞后,通過微管途徑利用其自身含有的多種功能性蛋白的吸附、入侵和運輸功能將病毒運輸至細胞核內(nèi),并利用宿主細胞本身所具有的各種物質(zhì)完成復(fù)制過程,離開核膜后,BoHV-1先完成外部囊膜的包被,然后通過囊泡的運輸作用排除到細胞外,完成釋放過程[10]。BoHV-1最大特點是組織侵染力強,可以感染多個組織,包括呼吸系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、多處粘膜和胎兒[11]。BoHV-1初次感染宿主后,病毒粒子可以沿感覺神經(jīng)進行遷移,最終以DNA的形式繼續(xù)存在于神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)原細胞內(nèi)。當(dāng)病毒接受刺激性藥物的治療,或者氣候、飼養(yǎng)條件的改變以及較為惡劣的運輸條件,都可以使?jié)摲鼱顟B(tài)的的病毒重新激活,在潛伏感染動物的上皮細胞內(nèi)進行大量增殖和擴散,使畜體重新患病。因此,BoHV-1感染牛病愈后,有可能依舊攜帶有該病毒。除此之外,羚羊、糜鹿、角馬、水貂等多種野生動物都是攜帶BoHV-1的主要宿主動物,它們不表現(xiàn)BoHV-1的臨床癥狀卻攜帶并擴散該病毒,因此該病極難完全清除[12,13]。
1 臨床診斷
BoHV-1主要包括呼吸道亞型和生殖道亞型2類。當(dāng)動物被病毒感染后,患病動物會根據(jù)侵染病毒的亞型表現(xiàn)出對應(yīng)的臨床表現(xiàn),主要臨床癥狀為發(fā)熱、口鼻和氣管黏膜出現(xiàn)炎癥反應(yīng)、劇烈咳嗽和呼吸困難等,部分動物同時表現(xiàn)出結(jié)膜炎、腦炎、陰道炎、母牛流產(chǎn)及死胎等癥狀[14]。除此之外,BoHV-1侵染機體后在機體內(nèi)會呈現(xiàn)潛伏感染的狀態(tài),存在于各種神經(jīng)節(jié)和神經(jīng)細胞中,在應(yīng)激反應(yīng)的刺激下會重新向外部排除病毒體,使其再次成為傳染源,因此BoHV-1極難進行有效的防治和根除。雖然可以根據(jù)患病動物的臨床癥狀和病理解剖對BoHV-1進行初步診斷,但無法明確診斷,因此必須采取病原學(xué)診斷和血清學(xué)診斷等方法對BoHV-1進行確診,以便后續(xù)的精準治療。
2 病原學(xué)檢測
BoHV-1的病原學(xué)診斷技術(shù)主要包括電鏡檢查、病毒分離鑒定實驗和多種分子生物學(xué)檢測方法等。病原學(xué)診斷具有特異性強、準確性高、敏感性強等特點。其中,以核酸為主要檢測基礎(chǔ)的分子生物學(xué)檢測方法是通過對目標的特異性片段進行診斷,結(jié)果準確率高,因而在實驗室和實際應(yīng)用中均得到了廣泛使用。
2.1 電鏡觀察 根據(jù)BoHV-1所引起的疾病類型的不同從而收取患病動物不同組織的粘膜液負染后進行電鏡檢查是一種相對可靠的方法,也可以使用抗BoHV-1的高免血清使病毒粒子在體外形成特異性凝集現(xiàn)象,從而有助于電鏡觀察確診。楊盛華等[15]利用電鏡對BoHV-1進行過觀察。但是,電鏡觀察采集的病毒樣品不能經(jīng)過反復(fù)凍融,也不能添加有機溶劑處理,否則會損傷病毒粒子表面的蛋白,從而使病毒喪失表面特征,不利于病毒粒子的辨認。在電鏡視野范圍內(nèi),BoHV-1病毒粒子直徑為150~200nm,為圓球狀,最外層為一層脂質(zhì)囊膜,囊膜表面含有多個結(jié)構(gòu)蛋白凸起,整體如花粉狀。但是,相較其他方法而言,使用電鏡觀察BoHV-1,具有價格昂貴、操作復(fù)雜、時間較長等缺點,并且對操作人員的實驗技巧有一定的要求,因此目前很少使用。
2.2 病毒分離鑒定 臨床檢測上,根據(jù)患病動物不同的發(fā)病癥狀,需要收集不同的組織樣品:患有鼻氣管炎的病畜需要使用棉棒采集病畜的鼻粘膜液和眼粘膜分泌液;患有傳染性外陰陰道炎的患病母牛需要使用棉棒擦拭或者生理鹽水沖洗采集外陰部黏液和陰道分泌物,患病公牛則需要使用生理鹽水沖洗采集包皮內(nèi)側(cè)分泌物和患病公牛的精液;患病流產(chǎn)母牛需要采集死胎的粘膜液和實質(zhì)臟器;患有腦炎的病畜需要采集部分腦組織[16]。
BoHV-1的病毒分離鑒定主要是利用牛腎或睪丸的單層細胞、牛腎傳代細胞(MDBK)對臨床上采集的病毒樣品進行一定的處理,從而進行分離和鑒定。一般標準MDBK細胞接毒后2~5d就會產(chǎn)生明顯的細胞病變效應(yīng)(Cytopathic effect,CPE)。當(dāng)細胞形態(tài)發(fā)生改變,逐漸變圓縮小、聚集成團并出現(xiàn)明顯的細胞病變時,就基本可以確診為BoHV-1感染。但是,由于病毒的分離過程較復(fù)雜、耗費時間較長、對實驗設(shè)備要求較高且容易出現(xiàn)污染等缺點,因此BoHV-1的病毒分離鑒定只能作為實驗室診斷方法之一,在實際生活中基本不使用[17]。Terpstra等[18]采集病牛的鼻粘膜液并使用直接熒光抗體法對其進行檢測,結(jié)果表明在接種后2~8d全部人工感染牛均檢測到了病毒粒子。之后,免疫酶實驗和放射免疫測定也被用于BoHV-1的檢測,但由于這些方法敏感性低、耗時耗力且易受各種不確定因素的影響,無法被廣泛應(yīng)用。
2.3 分子生物學(xué)診斷 BoHV-1的核酸檢測方法主要有多種聚合酶鏈式反應(yīng)以及脫氧核糖核酸雜交檢測技術(shù)。分子生物學(xué)方法通過一定的技術(shù)手段在體外對目標基因片段DNA進行快速擴增,從而進行檢測確認。與其他病原學(xué)檢測方法和血清學(xué)檢測方法相比較而言,分子生物學(xué)方法具有檢測速度快、準確性高、特異性強等優(yōu)點,因此在各領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用。
2.3.1 聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR) 1993年Englenburg等[19]開始使用PCR技術(shù)對BoHV-1進行檢測。此后,多位研究人員研究并建立了BoHV-1的聚合酶鏈式反應(yīng)檢測方法。王嵩等[20]根據(jù)NCBI網(wǎng)站GenBank數(shù)據(jù)庫中已有的BoHV-1 gB基因設(shè)計引物,對退火溫度等條件進行多次優(yōu)化后建立了一種快速檢測BoHV-1的PCR方法。林梅等[21]根據(jù)BoHV-1 tk基因序列建立了的BoHV-1 PCR檢測方法,可用于養(yǎng)殖場BoHV-1防控檢測手段。
2.3.2 巢式聚合酶鏈式反應(yīng)(Nested-PCR) 巢式聚合酶鏈式反應(yīng)是一種通過2次相繼進行的聚合酶鏈式反應(yīng)共同組成的一種PCR技術(shù),因為2次PCR在首次PCR反應(yīng)產(chǎn)物的基礎(chǔ)上進行了再次的迅速擴增,因此Nested-PCR的特異性和成功率大大提高。SA Masri等[22]通過實驗條件的優(yōu)化,利用Nested-PCR成功檢測BoHV-1感染公牛精液中的BoHV-1病毒。對于常用于牛人工授精的精液,PCR測定法檢測到精液中的BoHV-1較病毒分離方法特異性強、敏感性高、準確性高。
2.3.3 LUX新型熒光PCR(LUX-PCR) LUX新型熒光PCR的基本原理是設(shè)計1條帶有末端回文結(jié)構(gòu),并在3′末端標記熒光素的熒光定量PCR特異性單標引物。在游離狀態(tài)下,這條引物可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu),而這種帶有末端回文結(jié)構(gòu)的核酸構(gòu)象本身具有淬滅熒光基團的功能特性,因此不需要在另一端標記淬滅基團。LUX利用這種標記熒光素的特異性單標引物的內(nèi)在特性,從而更加簡單地對待測目的基因?qū)崟r熒光定量檢測。當(dāng)特異性單標引物和模板片段配對開始進行復(fù)制時,發(fā)夾打開,釋放熒光,熒光信號顯著增加,可以用機器進行定量[23]。陳茹[24]使用該方法檢測BoHV-1,全程僅需約2h,敏感性高,可用于臨床快速檢測BoHV-1病毒。
2.3.4 實時熒光定量PCR(Real-time PCR) 實時熒光定量PCR是一種使用熒光物質(zhì)實時測定每次PCR擴增后產(chǎn)物總量并依靠內(nèi)參或外參對待測樣本中含有的目的片段進行定量分析檢測。實時熒光定量PCR技術(shù)的基本原理是將標記有熒光素的Taqman探針加入到PCR擴增體系中,遵守PCR的基本規(guī)律從而完成PCR擴增過程。當(dāng)目的片段開始擴增時,Taqman探針和與其互補配對結(jié)合的模板DNA分開,在特定光下發(fā)出熒光;隨著循環(huán)次數(shù)增加,被擴增的目的片段指數(shù)增長[25],通過檢測不同時間點增強的熒光信號強度即可求得Ct值;同時利用多個標準品作為實驗對照,即可得出最終待測樣品目的基因的具體拷貝數(shù)。Chandranaik BM[26]等通過間接ELISA方法和病毒分離對比檢測精液和拭子臨床樣本中的BoHV-1,發(fā)現(xiàn)實時PCR測定法具有100%的靈敏度和87.19%的特異性。
2.3.5 核酸探針檢測 核酸探針普遍帶有發(fā)光或放射性標記物,是一種可以被檢測到的已知具體序列的核酸片段,它可以結(jié)合到與其能相互配對的核酸序列上形成雙鏈,因此可被用于檢測含有特定核酸序列。針對某種病毒獨有的核酸片段并對其進行一定的改造和標記,這些核酸片段就能制備出可以檢測該病原體的探針。近年來,核酸探針已被廣泛應(yīng)用于各種細菌真菌和病毒檢測,為流行病學(xué)的調(diào)查研究和臨床診斷提供了一定的方法和檢測依據(jù)。吳時友等[27]從純化的BoHV-1提取全基因組,并使用32P對其進行標記改造制作可以檢測BoHV-1的探針,進而進行點雜交實驗。試驗結(jié)果顯示,探針具有較強的特異性和敏感性,能明顯區(qū)分細胞是否被BoHV-1感染。隨后實驗證明,生物素也可以替代32P,制備的探針效果良好。非放射性同位素標記的探針可以在-20℃的條件下保存1年以上,不僅可以減少放射性同位素探針對人體造成的傷害,還有利于推廣和應(yīng)用,是一種不錯的選擇[28]。
2.3.6 重組酶聚合酶擴增(Recombinase Polymerase Amplification,RPA) 重組酶聚合酶擴增技術(shù)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種通過可以結(jié)合單鏈核酸的重組酶、單鏈結(jié)合蛋白和鏈置換DNA聚合酶相互作用、協(xié)同完成的,與PCR具有相同功能的核酸檢測技術(shù)[29]。RPA技術(shù)的基本原理是先使用可以結(jié)合單鏈核酸的重組酶與引物結(jié)合復(fù)合物,之后該復(fù)合物能夠在雙鏈DNA中尋找并定位同源序列進而啟動同源序列的合成,對目標片段進行擴增。由于3種物質(zhì)的相互配合,整個合成過程速度很快,大約10min便可檢測出擴增產(chǎn)物。RPA引物比一般PCR引物長,一般要達到35個堿基,因此擴增引物和探針的設(shè)計對于RPA來說尤為重要。引物的變性溫度不是影響擴增引物的關(guān)鍵因素。引物太短會導(dǎo)致重組率降低,對于目的片段的擴增速度和檢測目的片段的靈敏度都具有較大影響[30-31]。Peili Hou、王紅梅等[32]以BoHV-1的特異性保守UL52區(qū)片段設(shè)計引物和探針,使用重組酶聚合酶擴增技術(shù)成功檢測BoHV-1,且BoHV-1 LFD-RPA與實時PCR之間的一致性為100%。
3 血清學(xué)檢測
3.1 中和試驗 中和試驗是BoHV-1常用且經(jīng)典的的血清學(xué)診斷方法,是世界動物衛(wèi)生組織(OIE)規(guī)定的國際貿(mào)易檢測方法之一,同時也是我國動物檢疫的常用檢測方法[33],適用于各種流行病學(xué)調(diào)查。BoHV-1中和實驗的基本原理是將經(jīng)過倍比稀釋的待檢血清和已經(jīng)測得病毒滴度的標準BoHV-1中和反應(yīng)后接種于已經(jīng)培養(yǎng)狀態(tài)良好的96孔板中的MDBK細胞中,之后培養(yǎng)觀察,若出現(xiàn)BoHV-1特異性細胞病變,則說明該血清樣品為BoHV-1中和抗體陽性,同時還可根據(jù)抑制MDBK細胞出現(xiàn)細胞病變的血清最終稀釋濃度計算出血清的中和抗體滴度[34]。由于中和試驗步驟復(fù)雜、時間較長且容易受到其他因素影響,導(dǎo)致結(jié)果并不準確,因此在BoHV-1的臨床檢測時一般不使用中和實驗,多使用酶聯(lián)免疫吸附試驗(Enzyme-Linked Immunosorbent Assays,ELISA)進行檢測。
3.2 酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA) 酶聯(lián)免疫吸附試驗是一種利用結(jié)合于固體承載物上的抗原抗體的專一結(jié)合特性的檢測技術(shù)。因其具有操作簡便、敏感快捷、標準化程度高等優(yōu)點,因此在多個行業(yè)中得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,在BoHV-1的臨床診斷和檢疫檢測中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通常,人們使用免疫原性良好的的BoHV-1囊膜糖蛋白(如gB、gC、gD、gE、gG等糖蛋白)作為診斷靶蛋白來建立BoHV-1抗原抗體檢測ELISA。gB糖蛋白是BoHV-1在宿主細胞中病毒增殖過程中不可或缺的蛋白。曹翀等[35]成功純化gB糖蛋白,建立并優(yōu)化了間接ELISA檢測BoHV-1。目前,市場上已有標準商品化的gB糖蛋白阻斷ELISA檢測試劑盒并投入使用。gC糖蛋白是在病毒囊膜表面和感染細胞膜上表達量最多的糖蛋白,免疫原性良好,能夠引起體液免疫和細胞免疫。馬輝等[36]成功表達和純化了BoHV-1 gC糖蛋白,并制備了gC糖蛋白的單克隆抗體,以此為基礎(chǔ)建立了BoHV-1雙抗體夾心ELISA檢測方法。gD糖蛋白是BoHV-1免疫原性最好的糖蛋白,能夠誘導(dǎo)機體發(fā)生體液免疫應(yīng)答和細胞免疫應(yīng)答,常被作為亞單位疫苗的首選蛋白[37]。周躍輝[38]成功表達和純化了BoHV-1 gD蛋白,并制備了gD糖蛋白的單克隆抗體,以此為基礎(chǔ)建立了BoHV-1雙抗體夾心ELISA。gE糖蛋白與病毒在宿主體內(nèi)順行和神經(jīng)毒性密切相關(guān),是中和抗體的主要靶蛋白之一,目前已經(jīng)建立了以gE糖蛋白作為診斷靶蛋白的gE糖蛋白阻斷BoHV-1診斷方法[39]。gG糖蛋白也具有很強的免疫原性。王冰[40]以純化的gG糖蛋白制備單克隆抗體,以此為基礎(chǔ)建立了BoHV-1競爭ELISA檢測方法,對于BoHV-1的流行病學(xué)調(diào)查具有重要應(yīng)用價值和意義。2016年Casarin E等[41]建立了一種以抗生物素蛋白—核酸組裝體(avidinnucleicacidnanoassembly,ANANAS)為基本反應(yīng)底物的新型ELISA。與傳統(tǒng)的ELISA相比,ANANAS技術(shù)最顯著的區(qū)別是將由辣根過氧化物酶標記抗體替換成了使用生物素蛋白-HRP標記抗體,這是一種納米級的膠狀抗生物素蛋白,并且可以將免疫信號放大從而應(yīng)用于免疫診斷[42]。
3.3 瓊脂擴散試驗 瓊脂擴散試驗的基本原理為可溶性抗原與相應(yīng)抗體在含有電解質(zhì)的半固體凝膠(瓊脂或瓊脂糖)中可以發(fā)生沉淀反應(yīng),既可以利用BoHV-1來檢測血清中是否含有抗體,也可以利用BoHV-1陽性血清來檢測組織中是否含有BoHV-1。1993年Suresh S[43]在前人研究基礎(chǔ)上建立了免疫擴散和對流免疫擴散檢測BoHV-1的方法。該方法操作簡單,成本較低,但敏感性不強,不適用于BoHV-1的臨床診斷。
4 展望
隨著我國規(guī)?;B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,BoHV-1的流行及其對養(yǎng)牛業(yè)的威脅也日趨嚴重,對于BoHV-1的根除或控制計劃勢在必行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步,該病的診斷方法也在不斷完善,各種快速有效的臨床診斷方法也得到了廣泛應(yīng)用,但不同的診斷方法都有其優(yōu)點和不足,實際應(yīng)用中還應(yīng)因地制宜選擇合適的診斷方法。自從BoHV-1發(fā)現(xiàn)以來,人們一直在探尋更加簡便、快捷、精準的臨床診斷方法。病毒分離方法時間長且易受外界因素影響。核酸檢測技術(shù)形式多樣、靈敏度高、特異型強,但對于儀器和操作人員要求較為嚴格。中和試驗、間接血凝試驗、瓊脂擴散試驗以及酶聯(lián)免疫吸附試驗等血清學(xué)診斷方法具有簡便、快速等優(yōu)點,但由于BoHV-1具有潛伏感染的特性,因此即使牛群血清抗體陰性,仍難以保證牛群就沒有BoHV-1感染。新材料,新技術(shù)的發(fā)展推動了新儀器和新的診斷技術(shù)的產(chǎn)生,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,根除BoHV-1的計劃終將成為現(xiàn)實。
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(責(zé)編:徐世紅)