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禽大肠杆菌病疫苗研究进展 (上)

     禽大肠杆菌病(avian colibacilosis,AC)是由禽致病性大肠杆菌(avian pathogenic Escherichia co-li,APEC)引起鸡、火鸡及其他禽类急性、全身性肠外感染的总称,临床上以心包炎、肝周炎、气囊炎、蜂窝织炎、败血症及输卵管炎、腹膜炎、雏鸡脐炎和肿头综合征等较为常见,是目前导致世界养禽业特别是肉鸡业经济损失最为严重的细菌性传染病。感染APEC的禽群死亡率增高、胴体废弃率增加、生长率及饲料转化率下降,有研究结果表明,APEC与其他肠外致病性大肠杆菌(ExPEC)如新生儿脑膜炎大肠杆菌(NMEC)及尿道致病性大肠杆菌(UPEC)具有相似的毒力基因及致病能力,是重要的食源性人畜共患病原菌[1-2]。此外,APEC亦是通过其携带质粒和遗传物质交换而传播耐药基因的主要来源[3]。多年的生产实践表明,通过消除易感因素或通过药物防控禽大肠杆菌病效果甚微,且随着耐药菌株不断产生及药物残留问题的增加,禽产品质量安全愈来愈受到人们的重视。因此,利用非抗生素方法防控APEC将是未来发展的必然趋势,其中接种疫苗是有效防控禽大肠杆菌病发生和流行、减少禽产品污染及保证食品安全的重要途径[4]。

     目前根据疫苗的抗原组分及制苗方法,预防禽大肠杆菌病的疫苗可分为灭活疫苗、弱毒疫苗、亚单位疫苗、广谱疫苗及未来疫苗5类。作者将对这5类疫苗进行简要阐述,以期为禽大肠杆菌病的防控提供参考。

1 灭活疫苗

     1.1 理化方法灭活疫苗

     大肠杆菌灭活疫苗可通过福尔马林、乙醇、丙酮、加热、超声波裂解及辐射等理化方法灭活制备。1957年,Gross[5]率先使用福尔马林灭活APECO2∶K1和O78∶K80免疫接种肉仔鸡,然后用O2或O78菌株进行攻毒以评估疫苗对同源和异源菌株的保护效力。结果发现O78对同源菌株(O78)比对异源菌株(O2)攻毒有更好的保护力,而用O2疫苗免疫的仔鸡对2种血清型攻毒菌株无保护力[5]。随后,Deb等[6-7]分别通过乙醇、丙酮、福尔马林、加热灭活及福尔马林灭活/明矾沉淀方法对O78∶K80大肠杆菌制备疫苗,经皮下、肌肉和腹腔内接种3周龄肉仔鸡,结果发现福尔马林灭活/明矾沉淀疫苗组可抵抗同源菌株肌肉攻毒至6周龄。同样,与O78∶K80疫苗相比,用APEC153株O2∶K1制备的疫苗免疫仔鸡,尽管能诱导产生高滴度的O和K凝集素,但对同源菌株攻毒缺乏保护。因此,只通过对O和K抗原的抗体应答并不能确定APEC疫苗的效力,因为在相同的抗原(O2∶K1)中加入弗氏完全或不完全佐剂后皮下接种2~3周龄的仔鸡则可获得保护。相关的研究也证实福尔马林灭活的O1∶K1油佐剂疫苗经皮下接种4和6周龄或5和7周龄鸡,2周后用3×106 CFU的APEC气囊攻毒,结果只对同源菌株保护[8-9]。鉴于此,Schwartz等[10]制备了多价(O1、O2和O78)油乳剂疫苗分别于1和14日龄2次肌肉接种仔鸡后,对3种血清型菌株攻毒均可产生明显的保护,但对异源APEC菌株攻毒无效,故APEC疫苗缺乏通用性。

     虽然灭活疫苗只对同源菌株提供保护,但攻毒途径及灭活方法亦会影响试验结果。如用加热或福尔马林灭活的O78∶K80∶H9肌肉免疫1和2周龄的火鸡,10d后用同源菌株静脉攻毒,结果全部免疫火鸡均出现APEC感染病变[11]。Melamed等[12]通过超声灭活O2∶K1和O78∶K80大肠杆菌并加入氢氧化铝佐剂制备疫苗,皮下接种10日龄雏鸡,10d后用同源和异源菌株皮下攻毒,通过死亡鸡数和出现APEC病变鸡数确定保护效果,结果表明O2∶K1疫苗对同源(O2∶K1)和异源(O78∶K80)菌株攻毒提供保护,而O78∶K80疫苗对异源(O2∶K1)菌株攻毒无保护。经超声灭活的疫苗,其保护效果也优于加热、福尔马林或辐射处理灭活的疫苗,其保护程度与攻毒时ELISA检测的抗体滴度呈正相关。进一步将超声灭活的O2∶K1制备膜泡(mem-brane vesicles)疫苗免疫火鸡,则可获得对同源菌株攻毒保护。此种疫苗不仅产生ELISA抗体,同时也刺激补体系统和细胞毒性T细胞的杀菌活性[13]。大肠杆菌J5是一株遗传稳定、粗糙型突变株,缺乏尿苷二磷酸半乳糖-4-差向异构酶(UDP-半乳糖-4-差向异构酶,催化菌体侧链连接核心抗原的酶),对雏鸡及鸡胚无致病性[14-15]。将其80℃水浴加热灭活1h(6×108 CFU/mL),分别静脉接种5、14和20日龄肉仔鸡各0.25、0.5和1mL,28日龄静脉攻毒O78菌株(6×108 CFU/mL)后连续观察7d。结果表明接种灭活J5的仔鸡全部健活,剖检亦无肉眼可见病变,其所产生的血清抗体与O78具有交叉反应,这可能与J5细胞壁侧链不完整而使核心抗原簇暴露有关。事实上,所有血清型大肠杆菌的核心抗原在化学结构及免疫学上都相似,这为开发广谱大肠杆菌灭活疫苗指明了方向[16]。

     由于APEC灭活疫苗通常需要注射接种,同时鉴于母源抗体可传递给子代,故免疫种鸡即可使仔鸡获得被动保护,克服了规模化鸡场单个注射接种仔鸡的弊端。1985年,Rosenberger等[17]首次用福尔马林灭活的O2、O78和O35APEC备油乳剂疫苗于20周龄1次或20和25周龄2次免疫种母鸡,微量凝集试验检测表明被免种鸡的特异抗体升高。对被免和未免种鸡孵出的仔鸡气管攻毒同源菌株表明母源抗体可保护仔鸡减少出壳后死亡率和损伤长达2周。Chaffer等[18]亦观察到火鸡抗APEC的母源抗体出壳时滴度高,其后逐渐下降至14日龄低滴度。种鸡亦获得了类似结果,即出壳后仔鸡至21日龄时检测不到APEC抗体[13]。尽管如此,但出壳21d后的仔鸡/火鸡必须获得保护,因为此日龄段是易感APEC的高峰期[19]。

     1.2 生物方法灭活疫苗(菌蜕疫苗)

     菌蜕(bacterial ghosts,BGs)作为新型基因灭活苗,具有与活菌形态结构一致,但无活菌的致病作用并可诱导机体产生体液免疫、细胞免疫及黏膜免疫。据Jalava等[20]介绍用制备的大肠杆菌O78∶K80菌蜕经口服、肌肉注射和滴鼻免疫1日龄雏鸡,免疫后21d用同源菌株攻毒。尽管全部免疫接种鸡发病,但肌肉和口服免疫组的死亡率明显降低,自心脏和肝脏回收攻毒菌株也明显减少,而滴鼻免疫组的死亡率与对照组相同。因此,1日龄雏鸡口服大肠杆菌O78∶K80菌蜕疫苗优势明显。Mayr等[21]用不添加任何佐剂的肠出血性大肠杆菌(O157∶H7)菌蜕疫苗单次口服免疫小鼠,可诱导产生细胞与体液免疫。免疫小鼠后第55天用异源肠出血性大肠杆菌进行致死性攻毒,其免疫保护率为86%;如于28d进行第2次加强免疫,则小鼠的免疫保护率可高达93.3%,而对照组存活的小鼠分别为26.7%和30.0%。因此,利用单剂量大肠杆菌菌蜕疫苗免疫的动物可获得良好的免疫保护,其交叉免疫保护效果也优于其他疫苗。

     综上所述,灭活疫苗的效力不仅与制苗用APEC菌株血清型、佐剂类型、制苗方法及接种途径和次数有关,同时还受免疫鸡日龄的影响。目前研发的APEC灭活疫苗见表1[22]。

2 弱毒疫苗

     2.1 自然分离弱毒株

     最早使用的禽大肠杆菌病弱毒疫苗为活的无毒株或致弱毒株。1980年,Arp[11]用APEC O78∶K1活疫苗肌肉或气管滴入免疫7和14日龄火鸡,24日龄时用108 CFU同源菌株静脉攻毒,与未免疫组比较,气管接种组的死亡率降低了88%、肌肉接种组降低了77%。虽然免疫组降低了死亡率,但攻毒后2~4d存活的多数火鸡表现有败血性多滑膜炎。1994年,Frommer等[23-24]用一株分离自肉仔鸡粪便的活的含菌毛非致病性菌株BT-7(血清型O64)分别对于1、7、14和21日龄肌肉免疫的肉鸡,28日龄攻毒,结果发现14或21日龄免疫较1或7日龄免疫的仔鸡保护更坚强,其原因可能是由于母源抗体干扰和/或免疫器官不成熟而对抗原刺激不能产生有效的免疫应答。经不同途径(肌肉、喷雾、饮水)和接种次数(1或2次)免疫肉仔鸡,结果表明,21日龄免疫后1周肌肉攻毒O1∶K1、O2∶K1和O78∶K80至少保护2周。在7和21日龄经饮水或肌肉途径2次免疫的仔鸡与在21日龄经相同途径1次免疫的仔鸡,其保护率相当,而喷雾免疫的仔鸡缺乏明显的保护[24]。

     2.2 化学致弱毒株

     1985年,Nivas等[25]将吖啶橙处理过的一种光滑型耐链霉素O78菌株作为疫苗(24h肉汤培养物)气雾免疫事先暴露于氨气和不暴露氨气的2周龄火鸡,结果表明未暴露氨气组的火鸡可有效清除肺脏和其他内脏的细菌,而暴露于氨气组的火鸡与对照组相比无显著差别。同年,Naveh等[26]利用亚硝酸增殖含有LPS核心(LPS核心为多数肠道致病菌共有,其抗体可提供广谱保护)但不能生物合成O抗原多糖的大肠杆菌K-12粗糙型突变株(LR-2),将此突变株给鸡接种108 CFU亦无毒力,但接种鸡可通过激活巨噬细胞和吞噬细胞诱导产生非特异性免疫。此疫苗可经气雾和饮水及喷雾等不同方法进行群体免疫。用单剂量免疫5~35日龄的雏鸡,可对O2和O78气管攻毒提供保护达20d。

     2.3 原生质体融合致弱毒株

     黄青云等[27-28]选取常见的O2和O78APEC菌株,分别以氟哌酸和氯霉素诱导,培育成遗传性稳定的耐药标记弱毒菌株O2(Norr,Chl s)和O78(Chl r,Nors),进一步以其作亲本,通过原生质体融合技术培育成功具有双抗药性和双抗原性的融合双价弱毒菌株O2/O78(Norr Chl r),通过AA鸡安全试验及免疫试验证明其安全,免疫原性优良。提取其外膜蛋白(OMPs)分别免疫小鼠和鸡均产生对O2和O78良好的同源及异源交叉保护,为研究通用安全的APEC OMPs疫苗提供了科学依据[29]。

(河北工程大学农学院分子生物学实验室,马兴树)

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