猪流感有什么新动向？

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猪流感有什么新动向？作者：Michael Kuhn，兽医学博士，辉瑞动物健康


要点

• 流感病毒进化的机制—抗原漂移和抗原转换—是由该病毒自身的基本性质决定的。
• 猪的呼吸道当中既有禽流感的受体，也有人流感的受体。
• 当猪体细胞感染两种或两种以上流感病毒时可发生基因重排。
• 当前在美国猪群的猪流感病毒（SIV）当中鉴定出来的有四种H1聚类和四种H3聚类。 1
• 猪流感病毒的遗传多样性决定了经常会有新的病毒出现，从而给诊断和免疫带来问题。

本文的目的是介绍猪流感病毒在美国的进化过程当中关键阶段，让人们从历史的角度来理解美国的猪流感流行现状。2-7 了解这些信息，可以帮助生产者和兽医人士更好地制定管理方案和策略，来应对H1N1、 H1N2、和H3N2这些不断进化的病毒带来的挑战，这种进化可能会给诊断和免疫带来棘手的问题。
流感病毒的基本信息猪流感是由正粘病毒科Orthomyxoviridae的A型流感病毒造成的。流感病毒可分为三组，包括A型、B型和C型，但只有A型会感染猪。流感病毒的核心是核糖核酸（RNA），含有8个基因（PB2、PB1、PA、HA、NP、NA、M1+M2、NS1+NS2）。该病毒需要在宿主细胞内才能存活、复制。 8

流感病毒核心的外面覆盖着一层基质蛋白膜，基质蛋白膜外面又覆盖着一层脂膜。有两种大型的蛋白质穿过双层脂膜突出来，象长钉一样，一是红细胞凝集素蛋白，或称HA蛋白，一是神经氨酸酶蛋白，或称NA蛋白。在A型流感病毒RNA的8个基因当中，有两个基因负责这两种重要的被膜蛋白的编码。A型流感病毒，象猪流感病毒，就是利用HA和NA蛋白质附着在它们感染的呼吸道细胞上，并进入其中。9 HA和NA蛋白质同时也是机体作为异体进行识别、并产生中和抗体加以攻击的主要的病毒蛋白。HA抗体可消除病毒的感染能力，预防感染，而NA抗体则可限制病毒在宿主呼吸道当中的传播。10 针对流感病毒提供保护的功能主要是靠HA抗体实现的，这个蛋白质在感染的早期负责黏附并穿透宿主细胞，已经发现HA抗体成功地使流感病毒丧失了感染能力，而NA抗体却未能实现这个功能。11 这是一个要点，在疫苗设计策略的制定过程中，一定要记住。

图 1—流感病毒颗粒示意模型
（图片：版权属于Russell Kightley；rkm.com.au）

A型流感病毒的分类根据的是HA和NA蛋白质的区别。目前在人、哺乳动物和鸟类当中共发现了16种HA蛋白（H1-H16）和9种NA蛋白（N1-N9）。12-14 由于RNA基因细微的、累积的突变或复制错误，流感病毒的HA和NA蛋白质会逐渐发生改变。这个过程称为抗原漂移。15 假如蛋白质的改变发生在抗体结合位点，那么先前机体受到刺激产生的抗体可能就不再能够对突变后的病毒产生作用，病毒就可以逃过机体免疫系统的攻击。HA和NA蛋白分子的改变如果很大，就可能会引起新一轮的流感暴发，因为先前毒株激发的免疫反应无法针对抗原漂移毒株提供免疫保护。16 在人类医疗当中，需要每年对疫苗成份进行检视，确定是否需要更换疫苗毒株，以便针对新出现的流感病毒提供免疫保护。兽医当中也是一样：针对某种流感毒株对猪进行免疫接种可能无法针对突变毒株提供免疫保护。4,14

当动物同时感染多于一种病毒的时候，A型流感病毒还可能会发生抗原转换，这种情况下基因改变的幅度更大，并且更难以预料。15 猪的气管和下呼吸道当中既有哺乳动物流感病毒的受体，又有鸟类流感病毒的受体，因此，猪有时被称为混合容器，因为猪对于新流感毒株的产生起着重要作用。

当两种或两种以上毒株的流感病毒同时感染一个细胞的时候，由于RNA基因组分段的特性，可能发生基因重排。20,21 基因重排的过程中，一种病毒的内部基因可以和另一种病毒的基因混合（重排），从而产生出新的病毒亚型（图 2）。象中国南部这样的人口密集、猪禽饲养量大且相互之间接触频繁的地区，流感病毒发生基因重排的机会最多。22 临床症状的严重程度取决于猪流感病毒的毒株、感染动物的免疫状态、有无继发感染病原，以及环境应激因子，例如寒冷和通风不良。

图 2 - 一个流感病毒的基因重排。同一个猪体细胞感染两种或两种以上亚型的流感病毒时，来自不同病毒的内部遗传材料可以相互混合，产生出新的病毒。（图片使用获得Baylor医学院分子病毒与微生物学系Christine H. Herrmann博士的许可）

A型流感病毒经常发生抗原漂移，而抗原转换只是偶尔发生。然而，抗原转换却造成了二十世纪至少三次大规模世界性疾病暴发（1918年的西班牙流感、1957年的亚洲流感，以及1968年的香港流感），以及三次流行威胁（1976年新泽西Fort Dix的猪流感暴发、1977年的俄罗斯流感，以及1997年和1999年的禽流感）。23,24
H1N1和H3N2猪流感病毒亚型在美国的猪群当中检出过四种H1猪流感聚类，其中三种在当前野毒株基因序列分析结果当中比较流行。1,2,4,7,14,25 H3猪流感亚型当中也存在类似的多样性。通过抗原与遗传特性分类已经确定了四种不同聚类的H3病毒，其中一种当前处于流行状态。1,3,5,6,26 除了传统的H1N1病毒，当前流行的多数H1和H3毒株属于三重重组病毒，其基因来源于禽流感、人流感和猪流感。由于三重重组病毒在猪的呼吸道当中可能具有更强的复制能力，而且当前美国猪群当中有多种流感病毒系在流行，因此将来可能会出现更多新毒株。4,6,7

H1N1病毒是1930年在美国首次分离出来的，这种毒株据认为是美国猪群中流行的H1N1猪流感病毒的主要祖先。这种病毒常被称为“古典”猪流感病毒。2 首次发现猪感染H3N2病毒是在1998年，次年又有三种遗传特性和抗原特性不同的H3N2猪流感病毒被发现。2,27,28 H1N1和H3N2病毒在全世界所有养猪的地区都有发现，正是这两种病毒使猪流感成为了流行最广的猪呼吸道疾病。生产实践显示，以前的H1N1疫苗并不能针对H3N2亚型病毒提供确切的免疫保护。27 同样，一项研究也显示，H3N2也不能针对抗原与遗传特性不同的其它H3N2猪流感病毒提供完全的免疫保护。

猪流感病毒，不论H1N1还是H3N2病毒，都会对呼吸道上皮造成损伤。最明显的症状是刺耳的犬吠状咳嗽。急性发病时流感症状突出。发病非常突然，潜伏期通常1至3天。发病率可能高达100%，但如果没有并发症，死亡率通常较低（通常低于1%），除非感染的是幼龄仔猪，或出现继发细菌性感染。猪群当中的猪多数会同时表现症状。患猪丧失食欲，嗜睡、扎堆。受到扰动会突发严重咳嗽，听起来像是一群狗在叫。患猪体温升高（40.6-41.7°C），张口做沉重的腹式呼吸。如果不出现继发感染的话，个体患猪的临床症状会持续5至7天，群体症状会持续10至14天。25,30

第一次感染猪流感的母猪群可能会出现大范围流产，流产比例可达5%至10%。流产的原因并不是因为病毒造成了胎儿感染，因为这种病毒不会在全身传播，而是因为患病母猪出现高烧。疾病传播非常迅速，典型情况下一周之内就会传遍配种-妊娠舍。与蓝耳病造成的流产不同，猪流感造成的流产通常2至3周过后就会平息。31,32
H1N1：重要的转变自从1930年第一次分离到1998年，古典H1N1（cH1N1）亚型基本上是美国猪群当中唯一流行的猪流感病毒。33 抗原和遗传特性方面，cH1N1 SIV与1918年西班牙流感暴发当中的人流感病毒相似。2000年进行的cH1N1 SIV抗原组成研究显示，这种病毒自从1930年以来基本上没有改变。这种病毒总的来说比较稳定，只有有限的核苷酸改变，造成一些氨基酸替换。2,33-35

然而从1998年起，H3N2亚型的病毒在几个州当中造成了临床疾病，之后迅速传遍整个国家。这是一种重排病毒，最初的H3N2毒株有三个基因来自1995年流行的人类H3N2流感病毒，五个基因来自cH1N1 SIV。H3N2病毒造成的首次暴发是1998年，发生在北卡洛莱纳一家2,400头母猪的种猪场。母猪表现嗜睡、高烧症状，持续几天不吃饲料。发病率接近100%，7%繁殖母猪流产，2%母猪死亡。大约同时，明尼苏达、依阿华和德克萨斯各州又分离出了三重基因重排H3N2毒株（图 3），遗传材料来自禽流感（两个基因）、人流感（三个基因）和猪流感（三个基因）病毒。27 普遍认为这些H3N2病毒的出现是一种重大的转变，因为这是第一次报导某种流感病毒含有来自三种不同毒株的基因片断。27

图 3 - 抗原转换或重排：1998年在美国，一种人类A型H3N2流感病毒、一种禽流感病毒和古典H1N1 SIV病毒的遗传材料混合，产生出一种新型猪流感病毒。

H3N2病毒出现之后，在美国H1和H3型猪流感病毒发生基因转变的频率都有加快的趋势。猪流感防控的形势也发生了重大变化。例如，据报导，有定期采用cH1N1 SIV疫苗进行免疫接种的猪群发生了重排H1N1病毒（包含来自猪流感、禽流感和/或人流感病毒基因的重排病毒）的暴发。4 这样的发现让一些研究人员担心，今后猪流感疫苗可能也要象人流感疫苗一样必须定期更新。4
变化速度加快1998年H3N2亚型出现之后，人们对SIV野毒株进行了抗原与遗传特性研究，结果证实，H1N1亚型，这种80年来在美国猪群当中基本稳定的病毒，正在通过抗原漂移和重排的方式发生进化。2 如图4时间表所示，1999至2003年间，美国有4种新型H1毒株相继出现。1999年印第安纳州首次分离出H1N2亚型的猪流感病毒，该病毒造成呼吸系统疾病、发烧和厌食。36 威斯康星大学的遗传分析显示，这种H1N2病毒包含四个来自猪流感的基因、两个人流感的基因和两个禽流感的基因。36,37 据此判断，这个H1N2是由一个cH1N1 SIV和一个三重基因重排H3N2 SIV发生重排而产生的。首次在印第安纳发现之后两年内，这种H1N2病毒就传遍美国的猪群，并与cH1N1和三重基因重排H3N2病毒共同流传。37

2001年出现了一种重排H1N1（rH1N1），这种病毒的HA和NA基因来自cH1N1病毒，而六个内部基因则来自三重重排H3N2病毒。2,5 H3N2的内部基因从起源上几乎完全类似于禽流感，获得了H3N2的内部基因之后，当前的第二代rH1N1病毒的变异速递看来得到了提高，因为禽流感基因复制过程很容易出错。这种病毒能够很快在感染猪群当中流行并占据主要地位。当前对rH1N1毒株进行的研究显示，与过去的cH1N1相比，这种病毒会导致更严重的肺炎症状、鼻腔排毒的程度更强、肺部滴度更高，说明这种病毒已经完全适应了猪体宿主环境，传播能力更强，同时造成的疾病也更严重。4

图 4 - H1猪流感病毒进化时间表（感谢明尼苏达大学兽医诊断实验室的Marie Gramer提供图表）

第三种H1 SIV是类人流感重排H1N2（hH1N2），这种病毒是2003年10月在加拿大安大略分离的，发病猪场当中6周龄的仔猪突然死亡。34 遗传分析结果显示，这个病毒当中的全部八个RNA基因都和2001至2002年间流行的人H1N2流感病毒关系密切。本质上，2003年分离出的hH1N2流感病毒证明了，完整的人流感病毒可以对猪实现跨物种传播。此后2004年在安大略分离到的hH1N2病毒则含有来猪流感和人流感的混合基因。这些发现说明，人流感病毒病系可以与其它病毒系的基因相互作用，产生新的人-猪混合型重排流感病毒，新病毒可能对猪具有传染性，能够在猪体内复制，并通过突变实现更强的传染性。2003年11月初，在美国明尼苏达州的三头4周龄仔猪身上也分离到了类人流感病毒–hH1N2–，患病仔猪表现呼吸道症状。7 遗传分析结果显示，该病毒的HA基因与2002至2003年间在世界范围内流行的人流感病毒高度相似（> 90%）。同一家猪场当中还分离到其它的类人流感病毒，这说明人流感病毒已经适应了猪体宿主环境。7

大约两年之后（2005年6月），美国猪群当中分离到一种类人流感H1N1病毒。这种病毒与2004年流行的H1人流感病毒的相似度> 98%，与猪流感参考毒株的相似度< 75%。7 从那以后，这种类人流感H1N1随着患猪的转移传到了其它各州。7

明尼苏达大学兽医诊断实验室一直在对美国猪群当中的各种H1病毒的流行情况进行监控（M. Gramer，私人通讯）。从2003年至2008年，每年3、4月间都有来自全美国的猪流感病样发到实验室进行遗传学分析，总共收集了233个H1 SIV病样。实验室对HA基因的前900个核糖核酸进行了定序，将前600个核糖核酸与参考毒株进行对比。数据显示，cH1N1 SIV的基因型很大程度上已经被新的H1N2和H1N1病毒所取代，这些病毒属于三种聚类：类似于2001年明尼苏达分离株的rH1N1病毒、类似于1999年H1N2病毒的类H1N2病毒，以及类似于2003年分离株的类人流感H1病毒（图 5）。1,38

图 5 - 2003至2008年间3、4月份获得的233个H1猪流感分离株的基因序列。

由于cH1N1病毒和1998年出现的H3N2病毒之间发生重排，还有另外两种SIV亚型病毒在美国猪群中短暂出现过，- H3N1和H2N3。39-41 H3N1分离株是2004年从密西根南部、印第安纳中部和明尼苏达的猪群当中分离到的。遗传分析显示，该H3N1猪流感病毒的HA基因与当时流行的聚类III H3N2 SIV相似，其NA基因与一种人H1N1流感分离株相似，其它的基因与当时流行的聚类III H3N2 SIV相似。H3N1病毒导致肺部损伤，患猪可经鼻腔排毒。39,40 H2N3 SIV是2006年9月从几头5至6周龄的仔猪身上分离到的，这些仔猪感染了支气管肺炎，猪场在密苏里州，是一家商业性断奶猪场，仔猪供应有多个来源。其HA基因与北美野鸭当中分离到的H2病毒非常相似，NA基因与蓝翅水鸭当中分离到的H4N3病毒非常相似，而剩下的内部基因则来自当时美国猪群当中流行的三重重排SIV。41 尽管这两种病毒在生产环境下的传播效率不一定很高，但这些发现凸显了一个事实，那就是猪体可以成为人流感、猪流感和禽流感病毒的混合容器。40

这些数据显示，H3N2病毒将人流感和禽流感基因引入美国猪群之后，H1猪流感病毒的进化速度明显加快了。第一例H3N2分离后一年之内，就通过H3N2病毒和cH1N1病毒的重排产生了一种H1N2病毒，HA基因来自猪流感，其它基因来自H3N2。继续重排，又产生了rH1N1病毒，HA基因和NA基因来自cH1N1，内部基因来自H3N2。需要指出的是，这种新型H1病毒的HA基因更接近重排病毒而不是cH1N1分离株，这样就产生了与经典HA基因序列不同的聚类。1,4,7 此外数据还显示，人源流感病毒已经引入到美国的猪群当中，并且还在继续引入。此后分离到类人流感H1N1和H1N2流感病毒说明，这些病毒已经适应了猪体宿主环境，并能够导致呼吸系统疾病。7,14,37
H3N2 SIV：抗原改变仍在持续从1998到2007年这段时间当中，H3N2病毒也在持续传播并不断进化，使得美国猪群当中的传染病形势更加复杂。这种三重基因重组H3N2病毒的序列分析结果显示，它的HA基因来自三种在遗传方面各不相同的流感病毒聚类：6

• 聚类I包括病毒原型A/Swine Texas/4199-2/98 (Sw/TX/98)，这是一种三重基因重排H3N2病毒；以及原型A/Swine/North Carolina/35922/98 (Sw/ NC/98)，一种双重重排H3N2病毒。聚类I病毒似乎与1995年人类当中分离到的H3N2流感病毒非常接近。27,36 美国多数诊断实验室在血清学试验当中采用A/Sw/TX/98作为H3N2参考毒株。
• 聚类II包括A/Swine/Colorado/23619/99 (Sw/CO/99)，这种病毒的HA基因与1997、1998年间在人类当中分离到的A/Sydney/5/97类人流感H3N2流感病毒更相似，与1998年从猪当中分离的H3N2病毒(A/Sw/TX/98)反倒不那么相似。3,6
• 聚类III包括原型病毒A/Swine/ Oklahoma/18089/99 (Sw/OK/99)和A/Swine/ Illinois/21587/99 (Sw/IL/99)，这两种病毒的HA基因与1996年美国流行的人流感病毒 - 类A/Wuhan/359/95病毒 - 非常相似。1-3,6

对美国猪群当今流行的H3N2流感病毒进行遗传分析，结果显示，从聚类III病毒演变而来的分离株越来越多，这些新病毒变异程度很大，以至于现在已经被归为聚类IV（有些研究人员将这些病毒称为聚类III变种）。14,42 这说明从1998年以来，聚类III病毒已经通过抗原漂移与转换产生出新的病毒变种。26,42
明尼苏达大学兽医诊断实验室的研究人员也在对美国猪群当中各种H3N2病毒聚类的流行情况进行监控。1 2003至2008年的3、4月间，总共有151个H3病毒分离株送交该实验室进行遗传分析。结果显示，2006至2008年之间完全没有发现聚类I(Sw/TX/98)和聚类II(Sw/CO/99)的病毒，而聚类III(Sw/IL/99)的病毒也很少见。这一点很重要，因为这说明当前的三重基因重排H3N2 SIV在血凝抑制试验当中可能不会出现交叉反应，试验当中的抗原是针对1998年以来在美国猪群当中流行的各种聚类挑选的具有代表性的H3N2毒株制备的。这种情况造成了严重的诊断问题，同时也令人担心，采用1998年H3N2分离株制备的SIV疫苗的效果可能会很差。取代聚类I、聚类II和聚类III病毒的是聚类IV，在明尼苏达大学的研究过程里，151个H3分离株当中发现了131个聚类IV病毒（图 6）。聚类III和聚类IV病毒之间在抗原性和遗传性方面都存在出区别。1

图 6 - 2003至2008年3、4月间获得的151个H3猪流感病毒分离株的H3基因序列。

猪流感病毒的遗传多样性1998年以前，美国的猪流感情况相对稳定，主要的病毒系只有1930年出现的古典H1N1猪流感病毒系。80年来这种cH1N1病毒在遗传性和抗原性方面一直非常保守。如上文所述，1998年随着H3N2病毒的出现，全国的猪流感流行形势迅速改变。1999年至2001年间，由于cH1N1病毒和三重基因重排H3N2病毒之间发生基因交换，产生了新的类H1N2病毒和重排H1N1病毒族。2003年至2005年间，出现了类人流感H1N2和H1N1病毒。而H3N2病毒还表现出抗原改变的趋势，聚类IV分离株已经成为美国各个地区流行的主要的H3猪流感病毒。显然，现在流行的H1和H3病毒分离株当中存在着抗原和遗传变异。2007年送交明大兽医诊断实验室进行抗原与遗传分析的猪流感病毒分离株主要包括三个H1聚类和一个H3聚类：1

• 重组类H1N1(rH1N1)
• 类H1N2
• 类人流感H1 (hH1)
• 聚类IV H3N2 (有时称为聚类III变种)

如果这些病毒系的H1和H3猪流感病毒继续共同流行，那么就会出现更多的重排病毒，这些病毒会有独特的表面蛋白或内部蛋白基因，原因如下：2

• 猪的细胞受体既可以接受禽流感、人流感，也可以接受猪流感病毒。
• 不断有对流感无免疫力的易感猪群更新。
• 有的猪群距人群和鸟群距离很近。

至于抗原与遗传变异对猪流感免疫接种与控制程序有什么影响，目前还不很清楚。科研人员知道，如果感染毒株的HA蛋白与疫苗毒株的HA蛋白略有不同，猪的免疫系统不能完全识别新的HA蛋白的话，免疫就会失效。因此，以前接种过流感疫苗或感染过流感的猪群还有可能再次爆发流感。由于这种病毒很容易变异，因此很难对付。至于哪种变异以及什么程度的变异会导致免疫失效，目前还不清楚。通过HA基因序列以及抗原特性研究需要解决一个问题，那就是什么样的变异会影响疫苗的效果，什么样的变异不会影响。由于获得了禽流感的基因，当前的H1病毒进化过程更迅速，因此躲避猪群免疫的能力也更强。4,14

因此，当前的猪流感灭活苗可能不足以防范不断变异的混合流行的多种猪流感病毒。如何能够开发出一套监控系统，迅速发现新生病毒的遗传与抗原特性，并及时生产出有效疫苗，对抗可能造成灾难性损失的流感病毒，这是养猪业面临的一大挑战。

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这个资料还是有点用的