对话 | 宋长绪教授:圆环病毒「中和抗体」是什么?如何用它来评估疫苗效果?

文摘   科学   2024-06-19 07:30   美国  


大家好! 

今天的曦曦说,我们来聊聊「圆环病毒」的防控吧~

我很荣幸邀请到了华南农业大学的宋长绪教授 —— 宋老师是国家生猪种业工程技术研究中心的猪病功能实验室主任,长期从事猪病的临床诊断和技术服务工作,有着非常丰富的经验,过去这20多年,宋老师一直在深入研究圆环病毒对养猪行业产生的影响。今天,我们来一起聊聊圆环病毒中和抗体的研究进展和应用方向,包括大家最关心的这几个问题 ——

💡 圆环病毒的防控现状怎么样?

💡 圆环病毒中和抗体是什么?如何评定?

💡 最新的圆环疫苗评估研究发现了什么?
💡 圆环病毒的未来防控方向是什么?


一起听听吧~

 🎵 这里是音频 🎵

Q

您的故事


宋老师: 我当年选择专业时,畜牧兽医并不是许多学生愿意报考的冷门专业,但进入学校后我发现,冷门专业其实并不代表专业前景不行。一路读到了博士毕业后,我选择到了条件相对没那么好的研究所进行临床应用研究,这个决定让我在临床方面有了很深入的了解。后来,我又回到大学,继续开展临床、科研工作。

回顾这些选择,我觉得非常幸运 —— 如果不是在科研条件较差的研究所工作,在临床方面的研究就不会这么深入;假如不回到大学,我对科研的理解深度就不够。畜牧兽医专业的前景广阔,可以有所作为!


Q

目前国内养猪业对圆环病毒的认识如何?

宋老师: 我从1998年便开始关注圆环病毒了,当时进行了流行病学调查和检测引物合成等准备工作。后来,我去美国做了三年多的博士后研究,2002年回国后,便正式开展起来圆环病毒的研究工作,到今天已有22年了。

当时在国内,我们实验室算是起步比较早的研究者,我也开始在行业内分享圆环病毒的重要性 —— 国内对圆环病毒的认知相对较为缓慢,很多人当年甚至并不觉得这是一个对产业有影响的疾病,没有意识到它的危害;而基于我们在临床上做的大量工作,我们发现,圆环病毒的危害是全方位的!它对猪只的各个系统、对生产的每个环节都有显著的影响。

令人欣慰的是,通过我们以及整个行业的努力科普,目前大家对圆环病毒的认知已经得到了明显的提升,圆环疫苗的普及也使得圆环病毒得到了挺好的防控。


Q

圆环病毒的病原学、流行病学和防控现状是怎么样的呢?

宋老师:  圆环病毒是目前已知的最小的动物病毒 —— 它包括了非致病性圆环病毒1型 (PCV-1)、致病性圆环病毒2型 (PCV-2)和圆环病毒3型(PCV-3))。其中,「猪圆环病毒2型」(PCV-2) 是在90年代初发现的一种无囊膜的单股负链环状DNA病毒。
我们知道,90%以上的病毒都是线性DNA或线性RNA,但圆环病毒顾名思义,是「环状DNA」, 它的一个显著特点就是非常皮实、稳定性很高。PCV-2的基因组全长只有1766-1768 个碱基对(bp),同一基因型的基因组变异不大,同源性在95%以上
因为PCV-2如此皮实,它在生产中能够感染引起多种疾病,包括仔猪断奶多系统衰竭综合征(PMWS)、猪呼吸道疾病综合征(PRDC)、猪皮肤和肾病综合征(PDNS)、母猪繁殖障碍、猪增生性和坏死性肺炎等,给养猪业带来巨大的经济损失。同时,PCV-2还能导致感染猪的免疫抑制,往往容易导致与「猪细小病毒」、「猪繁殖与呼吸综合症病毒」、「猪伪狂犬病毒」等病原体的混合感染

圆环病毒2型遗传进化树(图片源自Marina Sibila et al., 2021)


PCV-2病毒的流行病学特点主要是「粪口传播 + 空气传播」 —— 鼻分泌物、扁桃体、支气管分泌物、眼分泌物、粪便、唾液、尿液和乳液...等等,都是病毒排泄的途径。当健康猪接触到感染猪的排泄物、或是与感染猪直接接触时,PCV-2便会在猪群中水平传播开来。其次,垂直传播也是常见的传播途径。
目前,对于中国和全球的养猪业而言,主要的防控措施仍是「疫苗接种」—— 接种完疫苗后,效果是立竿见影的:猪的健康状况迅速改善,生长速度加快,死亡率也降低了。在没有疫苗之前,人们尝试了各种方法来改善情况,包括降低猪的密度、提高营养水平以及采取各种消毒措施,但这些都非常繁琐,增加了防控工作的负担。

最近这几年,为了应对非瘟的威胁,国内的很多猪场都提高了生物安全防护,可以观察到PCV-2的检测阳性率大幅降低,甚至有个别猪场全程检测不到病毒。因此我相信,尽管完全净化PCV-2可能有些困难,但实现「相对净化」是可能的!


Q

猪血浆蛋白粉应用的警示

宋老师: 这里很多读者是营养背景的,我来讲讲我们关于圆环病毒传播途径的一个发现吧 —— 大家熟悉喷雾干燥的「猪血浆蛋白粉」,它作为有免疫益处的功能性蛋白原料,常用于猪的教槽料和保育料中。
如果回顾猪血浆蛋白粉的应用历史,我们知道,它大量应用于饲料中是在90年代初期开始的;而圆环病毒在自然界已存在了几万年、甚至几十万年,但它感染范围并不广泛,对猪的致病力也并不强。一直到了1996年左右,萨斯喀彻温大学西部兽医学院的约翰·哈丁(John Harding)教授首次将圆环病毒与仔猪断奶多系统衰竭综合征联系在一起,确认了圆环病毒会在临床上导致严重的猪只疾病。
这个时间线如此吻合,其中是否有关联呢?从屠宰场将猪的血浆分离出来,制成血浆蛋白粉,加在饲料里饲喂猪只...这样不断循环,是否会导致圆环病毒的感染范围扩大、毒力增强呢?

16年前,在波兰的2007 Emerging swine Disease会议上,我曾做过一个关于小鼠食用猪血浆蛋白粉后、血液中检测到圆环病毒和圆环抗体的Poster报告。这在当时引起了许多同行的讨论和反思。

非洲猪瘟爆发之后,大家开始比较警觉,大幅度减少了血浆蛋白粉在猪料中的使用。现在,猪血浆蛋白粉大多被用于禽料或水产料中,对水产而言,而如果鱼塘河流被病毒污染,可能仍会给当地的养猪场带来潜在风险,需要大家关注。


猪血浆蛋白粉的生产工艺流程 + 生物安全步骤:以猪血为原料,通过喷雾干燥工艺制作。含有优质蛋白质,适口性好,消化率高,并含有天然免疫球蛋白。(图片源自Elena Blázquez et al., 2020)



拓展阅读:关于血浆蛋白的生物安全,另一个角度:

🔗 ASF下,喷雾干燥猪血浆的风险评估

🔗 功能性蛋白的应用 & 作用机理


Q

「中和抗体」是什么?

宋老师: 几乎所有的病毒在感染动物之后,机体都会产生很多种抗体 (一个「抗原表位」就能产生一种抗体);但要注意,大部分抗体是不能阻止病毒感染的,而「中和抗体」则是具有特异性的抗病毒抗体,它与病毒结合之后,能让病毒感染能力下降或者失活,从而阻止了病毒在宿主细胞内的复制和病毒感染机体的过程。

病毒感染的一般过程:病毒的复制需要宿主细胞供应原料、能量和复制场所,因此病毒必须在活的细胞内复制增殖。病毒进入机体后,吸附于敏感细胞的表面,然后通过穿入,脱壳,侵入细胞,进行病毒复制和装配,并引起机体感染 (图片引自Frediansyah et al., 2022)


再来一个PCV-2的感染过程。PCV2的基因组共有11个开放阅读框架(Open Reading Frames, ORFs),其中ORF2编码着病毒唯一的结构蛋白——核衣壳蛋白(Cap),这个蛋白由234个氨基酸组成,分子量为28kDa,可自我组装形成病毒样颗粒。Cap蛋白是PCV2的主要免疫原性蛋白,能够诱导产生特异的PCV2中和抗体,因此,ORF2基因是设计PCV2新型疫苗的首选目标基因 (图片引自Zhai et al., 2014)


因此,评估疫苗效果时,测定「中和抗体」是一种重要的方法。常用的ELISA可以测定「总抗体」,但无法区分中和抗体,可以用于评估机体对疫苗的总体反应,但更准确的评估方法自然是检测中和抗体水平。
怎么测定中和抗体呢?
方法是这样的 —— 首先,要在猪场对猪只进行疫苗免疫,一段时间后进行采血,然后将血清在实验室与病毒混合,一起接种到细胞培养板上,观察是否有抑制病毒感染细胞的现象 —— 如果有中和抗体存在,那么病毒感染就少;如果没有,病毒感染就多。根据血清的稀释倍数,便可评估疫苗的效果。

中和抗体试验(Neutralization test) 的方法(图片来自硕腾)

不过,这个方法现在还不是非常普及,只有大公司、大学、和研究所有能力做,而中小型公司做起来非常难。难点主要在两个方面 ——
1)实验动物 —— 要做中和抗体检测,在猪场免疫这一步里,最理想的是用圆环病毒阴性的猪,然而在生产环境中实现这一点非常困难。

2)实验室操作 —— 这一步对技术人员的要求高,需要进行细胞培养和病毒接种。而由于圆环病毒不会引起细胞病变、细胞不会死,还需要进行间接免疫荧光检测,在荧光显微镜下,对荧光点进行统计和打分的。因此,技术人员需要经过严格的科学培训。



Q

可以分享您最近做的圆环疫苗中和抗体评定工作吗? 

宋老师最近我们用检测中和抗体的方法,评估了几个不同的「圆环病毒疫苗」。

我们很幸运地找到了一个健康度特别高的猪场,在产房免疫大约110-130天后,待所有抗体消退后(检测了PCV的抗原和抗体,均为阴性,从而避免母源抗体对疫苗免疫产生的干扰),用不同的圆环病毒疫苗进行了接种,每组10头猪。接着,在免疫当天和免疫后的2、4、6、8、10周进行采血,检测中和抗体水平。

我们希望疫苗产生「中和抗体」的速度越快越好、抗体滴度越高越好、抗体持续时间越长越好,这样可以给动物提供更快、更长时间的保护。
在这个实验中,我们发现,硕腾的「圆支二联疫苗」(瑞圆舒)表现出色,其中PCV-2刺激产生中和抗体的速度快,两周就达到了保护效价,并且「中和抗体效价」更高、更持久、离散度也更低。其他几种圆环病毒疫苗也表现不错,但不及「瑞圆舒」产生PCV-2中和抗体的速度快。

补充:「中和抗体效价」这个数值测的是能够中和90%病毒的最高稀释倍数。比如,「64」指稀释64倍后,能比阳性对照中的病毒量减少90%;「1024」则是稀释1024倍后,还管用。所以数值越高越好。一般来说,PCV-2中和抗体效价在16上便能达到保护作用。
PCV-2中和抗体评定结果,其中ZO为「瑞圆舒」组(数据来自宋老师)

瑞圆舒组(ZO)的PCV-2中和抗体产生快,第二周基本上都超过了64(数据来自宋老师)

第4周时,瑞圆舒组(ZO)的PCV-2中和抗体效价仍然优于其他疫苗,达到1024(数据来自宋老师)

这些不同疫苗之间的差异在哪里呢?
首先,毒株的选择至关重要,应选取具有正旋结构的抗原;其次,佐剂的选择也十分关键,优质的佐剂配合少量的抗原,仍能刺激机体产生较高水平的中和抗体。然而,很多产品说明书并未体现这一点,这使得大家对于佐剂的选择和作用了解有限。

而最终,还是要看疫苗在猪群中的实地评估 —— 除了实验室评估(比如抗原含量测定、中和抗体测定之外),猪场生产性能的评估也至关重要,包括料肉比、健康状态和繁殖状况等。

尽管用中和抗体方法来评价圆环病毒疫苗效果是科学准确的,但由于其难度较大,我认为大家可以每1-2年进行一次评估,对疫苗的整体效果有一个清晰的认识就可以。频繁进行评估并不必要,毕竟工作量太大,也耗时耗力成本高。

瑞圆舒可以有效降低病毒血症比例 (图片来自硕腾)


拓展阅读

🔗 对话 | 最新疫苗进展:猪圆环病毒 & 肺炎支原体...如何控制最有效?
🔗 对话 | 猪圆环病毒与肺炎支原体的防控那么关键,如何评估疫苗好不好?


Q

未来圆环病毒的防控方向

宋老师:  针对PCV-2,我认为防控难度不是很大,疫苗效果显著,可以有效保证猪群的健康。放眼未来,通过生物安全、检测淘汰和疫苗免疫, PCV-2可以实现相对净化,但我并不建议相对净化了就不免疫了,要实现绝对净化仍然很难。

另外,尽管我们对PCV-2的防控已经比较成熟,但这并不意味着圆环病毒就不会对养猪行业带来危害了 —— 如今,圆环病毒三型(PCV3)的流行越来越广,同时,我们实验室还发现「类圆环」流行的范围也在扩大,导致的危害主要表现在母猪繁殖性能受损、仔猪腹泻等。

 

圆环病毒3型遗传进化树(图片源自Viviane Saporiti  et al., 2020)

通过对CAP蛋白基因序列的比对,我们发现PCV-2和PCV-3之间的同源性较低,因此二型圆环病毒疫苗的交叉保护效果就很差。从行业的现状就可以得知,虽然目前大部分养猪场都在免疫圆环2型疫苗,但PCV-3的感染率却不断上升,这说明交叉保护效果不太理想,不到30%,未来可能需要开发PCV-3的疫苗。

PCV-3到底对生产的危害有多大?有些猪场的感染率达50%以上,但是从生产成绩上看并没有影响,这也是大家比较困扰的地方。但值得注意的是,当年PCV-2刚出现时,一些生产条件良好的猪场似乎也未观察到其对生产的影响,这与现在的PCV-3现状很相似。我相信,随着PCV-3感染率的上升,对猪群的健康会是一种侵蚀,因此需要引起大家的重视。未来如果PCV-3给生猪生产带来巨大影响,疫苗免疫仍然将是防控的重要手段。


Q

最喜欢的资料与方法

专业书籍:1)多读第一手的原始文献和生产数据。2)注重实践!很多东西需要在实践中去观察和验证。

Q

如果遇见年轻时的自己,你会对TA说什么呢?

宋老师: 年轻时我不爱听老师的话~  现在觉得虽然自己想去闯一闯没问题,但还是要学会多多吸取老师们和他人的建议。


- End - 
编辑:王圆月 | 校正定稿:Xixi


【硕腾特约采访】


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曦曦博士
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