鸡毒支原体和鸡滑液囊支原体疫苗的研究进展

2025-10-13 15:18:05

华派生物俱乐部 易洁编译

摘要

鸡毒支原体(MG)和鸡滑液囊支原体(MS)是引起家禽支原体病的主要病原。MG已被确认为导致鸡慢性呼吸道疾病的重要病因,而MS则与鸡的腱鞘炎、关节肿胀及其他症状的发生相关,给家禽养殖业造成了巨大的经济损失。遗憾的是,目前尚无特效治疗药物,接种疫苗是控制该病最重要的手段。疫苗类型多样,包括活疫苗、灭活疫苗、亚单位疫苗和载体疫苗等。本文对MG和MS疫苗的研发情况进行了全面综述。

关键词

鸡毒支原体;鸡滑液囊支原体;疫苗;减毒疫苗;基因工程疫苗

1 引言

禽支原体病的主要病原为鸡毒支原体(MG)和滑液囊支原体(MS)。研究表明,它们可在火鸡和鸡的红细胞中表现出凝集红细胞(即血凝)活性。MG可引起慢性呼吸道疾病,包括啰音、咳嗽、打喷嚏、流鼻涕和眶下窦肿胀。它还容易与其他病原体混合感染,如禽流感(AI)、新城疫(ND)、传染性法氏囊病(IBV)和大肠杆菌,导致系统性滑膜炎和死亡率增加。鸡一旦感染MS,就容易出现腱鞘炎、关节肿胀等症状。其次,细菌会在鸡体内产生大量的有毒物质,如神经毒素、细胞溶解酶、过氧化氢酶等。这些物质会影响鸡的细胞功能,是疾病发展的重要促成因素。可以这样说,MG和MS感染最终都会导致胴体不合格率增加,同时导致产蛋率、孵化率、饲料效率和体重下降。


必须对鸡群进行定期检查和免疫接种,以达到理想的净化水平。目前,疫苗接种是预防MG和MS发生的主要方法,MG和MS疫苗大致可分为三大类:减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。在下一代疫苗研发的背景下,对蛋白质模块与组合肽库筛选方法及所鉴定抗原的进一步评估,将有助于开发出能更有效预防鸡毒支原体(MG)和滑液囊支原体(MS)的新型疫苗。由于这些病原体的高致病性,家禽业遭受了重大的经济损失。本文对各种疫苗的发展现状进行了全面的综述。目的是为研制新型疫苗奠定理论基础,为受MG和MS影响的地区提供增强保护。

2  常规疫苗

2.1  灭活疫苗

自20世纪60年代以来,灭活疫苗一直用于控制家禽支原体病。由于抗生素耐药性不断增强,抗生素在控制鸡毒支原体(MG)感染方面的疗效正在下降。因此,需要通过改进现有疫苗来开发新型、有效的疫苗以解决该问题。MG通常需要在支原体培养基中培养到适当的浓度,然后浓缩用于疫苗生产。许多MG分离株已在许多国家和地区用于生产灭活疫苗。已经证明,R菌株可以减少呼吸道症状、呼吸道疾病、鸡蛋传播和与MG相关的产量损失。除了单苗外,多联灭活疫苗也用于预防MG病毒感染。例如,鸡用五联灭活疫苗,即鼠伤寒沙门菌、肠炎沙门菌、肯塔基沙门菌、MG和MS,已证明对沙门氏菌病和支原体感染有良好的预防作用。


目前,MS灭活疫苗尚未商业化。Gong等人研究了ISA 71 VG佐剂和壳聚糖作为灭活MS疫苗佐剂的保护作用。结果表明,含ISA 71 VG佐剂的MS灭活疫苗可诱导肉鸡细胞和体液免疫应答,具有较高的免疫保护作用。与减毒活疫苗相比,油乳剂灭活疫苗在降低毒力和诱导高水平体液抗体方面具有最大的优势,且便于保存。但缺点是需要多次免疫来增强免疫,导致成本较高。


2.2  减毒活疫苗

目前,中国有三种不同的市售MG减毒活疫苗毒株:F毒株、ts-11毒株和6/85毒株。以前发表的文章提供了市售MG疫苗的全面概述。研究表明,在商品鸡群中使用时,所有这些疫苗都能够对鸡提供有效的保护,但三种活疫苗在保护效果、致病性和传播方面存在差异。与F毒株相比,ts-11毒株和6/85毒株更安全。先前的一份报告在联合感染模型中评估了MG疫苗的效果,表明ts-11和6/85对毒性MG毒株提供了一定的保护。这两种疫苗提供了非特异性免疫保护。然而,ts-11在气管、滑囊和气囊中的作用比6/85更有效,但在肺部中没有作用。作为活疫苗候选株,菌株K (K5831)具有优异的安全性,并显示出与F株和ts-11株相同的保护效果,表明其具有显著的应用潜力。ts-11菌株的突变体(ts-304)也可以作为候选活疫苗,接种剂量增加10倍也是安全的,使其成为火鸡的合适有效的候选活疫苗。证明使用减毒疫苗具有更强的保护作用和更长的保护持续时间。然而,埃及的一项研究报告说,活F毒株从接种疫苗的鸡传播到未接种疫苗的鸡。此外,ts-11菌株存在毒力返强和潜在传播的潜在风险,这可能影响其使用的适用性。核心基因组多位点序列分型(CgMLST)分析显示,从佐治亚州东北部商品肉鸡暴发疫情中分离的类ts-11毒株,与ts-11疫苗株高度同源。随着技术的发展,开发许多MG候选疫苗(如GT5、MG7、K株及ts-304)作为潜在备选疫苗,以解决现有疫苗株在有效性与安全性方面的隐忧。候选疫苗GT5和MG 7是从毒力强的Rlow毒株衍生出来的。强毒Rlow菌株的连续传代导致Rhigh菌株的出现,然后与细胞粘附基因GapA互补,产生GT5疫苗株。MG 7菌株是通过在毒力强的二氢硫酰酰胺脱氢酶基因中间插入转座子而获得的。最近,Condello等人报道了一种新型减毒疫苗Vaxsafe MG304,通过滴眼液给1日龄的鸡,显示出与3周龄免疫相当的保护性免疫。


目前只有两种商品化的MS减毒活疫苗:温度敏感型(ts)MS-H疫苗株(Vaxsafe MS,澳大利亚维多利亚州Ringwood的Bioproperties Pty Ltd.)和NAD非依赖型MS1疫苗株(Nobilis MS live, MSD Animal Health Inc.,美国新泽西州Rahway)。MS-H毒株是通过澳大利亚毒株(86079/7NS)的化学突变而开发的,并成为一种商品化疫苗。它对温度敏感,并于2017年在中国注册。接种方法主要有两种:滴眼液和喷雾剂。通过对照实验,发现接种疫苗的鸡感染该病的临床表现比未接种疫苗的鸡要轻,发病率也相对较低。此外,MS-H菌株已被证明在减少由MS感染引起的蛋壳异常方面发挥着显著的作用。值得注意的是,当鸡被感染时,接种疫苗不仅不能提供保护,甚至可能使病情恶化。

3  基因工程疫苗

基因工程疫苗种类多样,主要指通过基因工程技术制备的疫苗。这些疫苗的制备方法和应用特点不同。基因工程疫苗的主要种类有:基因工程亚单位疫苗、载体疫苗、DNA疫苗、合成肽疫苗、基因缺失疫苗和转基因植物疫苗。虽然基因工程疫苗提供了提高安全性和低成本的好处,但它们需要复杂的技术和设备。


3.1  亚单位疫苗

最近,人们对重组疫苗的兴趣显著增加。该疫苗包括在合适的表达系统中鉴定和克隆免疫原性分子。支原体中的功能性转座子(如Tn916和Tn4001)已被用于突变体的构建、基因的表达、细胞标记物的分析和蛋白质功能的研究。目前已经开发了两种抗MG感染的重组候选疫苗:GT5和一种编码MG基因的鸡痘病毒。在最近的一项研究中,张等利用重组腺病毒在HEK293细胞中表达IBV S1刺突糖蛋白和MG TM-1蛋白。重组腺病毒保留了亲本的生物学特性,成功表达了靶蛋白,产生了高水平的抗体,显著减少了IBV和MG攻击后的临床症状和病变。据报道,当DNAK、烯醇酶、延伸因子Tu (EF- Tu)、免疫优势和表面暴露膜蛋白B (MSPB)、NADH氧化酶和脂蛋白78 (LP78)蛋白表达时,对MS感染有显著的保护作用。气管内DNA拷贝数明显减少,气管气囊病变评分低,气管黏膜厚度小。不幸的是,这种方法只能减少MS感染引起的病变,而不能作为预防MS的手段。鸡滑液囊支原体抗原数量有限,包括烯醇化酶、丙酮酸脱氢酶复合物E1 α和β亚基(PDHA和PDHB)、二氢硫酰酰胺脱氢酶(PdhD)、P35和NADH氧化酶。张采用免疫蛋白组学和反向疫苗学对RS01790(推定的碳水化合物ABC转运蛋白脂蛋白)、BMP (BMP家族ABC转运蛋白的底物结合蛋白)、GrpE(核苷酸交换因子)、RS00900(推定的核酸酶)和RS00275(未鉴定的蛋白)进行免疫原性分析,发现它们具有良好的免疫原性。B细胞和T细胞抗原表位的鉴定对多抗原表位疫苗的研制具有重要意义。B细胞表位在体液免疫反应的启动中起关键作用,而被T细胞识别的T细胞表位可以诱导细胞免疫反应并增强整体免疫激活。计算免疫学和疫苗信息学的进步导致了大量复杂工具的出现,这些工具促进了基于表位的疫苗的精确设计和开发。此外,将上述5种蛋白的B细胞表位、MHC-I和MHC-II表位通过合适的连接体连接,合成多表位疫苗,已证明具有良好的保护作用。Mugunthan等人通过免疫信息学方法设计了一种多表位疫苗,该疫苗包含抗原蛋白的细胞毒性T细胞表位、辅助性T细胞表位和B细胞表位,具有免疫特异性强、结构紧凑且无不良反应的优势。多表位疫苗与免疫原性佐剂联用,有望激发强效的免疫原性反应,从而弥补现有疫苗的不足。


利用植物制备疫苗具有许多潜在优势,包括能够实现高产、快速制造、增强安全性和生产成本低。此外,这类疫苗几乎不可能被非典型哺乳动物病原体污染。Mugunthan设计了一种21.4 kDa的多表位肽疫苗,该疫苗利用细胞黏附蛋白的免疫原性片段,并在烟草叶中成功表达。与对照组相比,免疫鸡群中治疗组针对细胞黏附蛋白表位的中和性免疫球蛋白Y(IgY)抗体产量显著升高。此外,研究发现口服ST1814G-MG疫苗对MG感染的保护效果优于灭活疫苗。同时,两种疫苗联合接种显示出协同效应。


3.2  重组载体活疫苗

Vectormune FP-MG是一种表达MG 40k和mgc基因的重组鸡痘病毒,已被证明是高度安全的并能有效预防鸡痘病毒和MG感染方面,已在美国获得注册。Ts-11被开发为一种基于转座子的递送载体,可表达并分泌鸡γ干扰素(ts-11 C3)。该载体能增强宿主细胞免疫(而非体液免疫),并可能刺激黏膜异嗜性粒细胞的浸润。


3.3  基因缺失疫苗

接种oppD1基因缺失突变株可完全保护气囊和气管免受致病性MG的损伤。同时,该突变株能减轻感染导致的增重抑制,并部分阻止强毒MG菌株在气管内定植。细胞粘附基因缺失菌株CT5作为一种重组减毒活疫苗,能够通过减少MG在细胞中的粘附和定植来消除病原体,从而赋予鸡稳健的保护作用。


3.4  免疫程序与免疫佐剂

不同疫苗株的保护效果各不相同,同一疫苗株采用不同免疫程序时的保护效果也各不相同。通过滴眼接种疫苗可以增强疫苗的效力。佐剂是一种免疫刺激成分,即使在低剂量抗原的情况下,也能增强疫苗接种引起的免疫反应的强度和持久性。一般来说,氢氧化铝是最常用的佐剂系统,且已被证实能够诱导强烈的体液免疫反应。同时,壳聚糖可以作为一种有效的粘膜佐剂,从而增强MG疫苗的效力。此外,TLR1/2与TLR3激动剂(如L-pam)联用作为严重急性呼吸综合征冠状病毒2亚单位疫苗佐剂的有效性尚待验证。大量证据证实IL-2和IL-6是理想的细胞因子免疫增强剂。此外,这些基因已成功克隆并在动物模型中表达,为进一步的研究提供了有希望的基础。因此,构建与其他抗原基因共表达IL-2的质粒将是新一代DNA疫苗或基因免疫的发展趋势。该方法比IL-2与疫苗混合或IL-2基因表达质粒与靶抗原基因疫苗混合的方法更进一步。该重组蛋白不仅能提升疫苗效力,还可系统性增强动物机体免疫水平。因此,将MG的部分蛋白基因与鸡IL-2或IL-6基因结合进行基因免疫,可能为预防MG感染提供一种新的途径。

4  展望与综述

研制一种有效的MG 和MS疫苗是非常重要的,如果一种疫苗能同时预防和控制两种疾病,那将是非常有益的。目前,大多数疫苗开发策略都是基于单一抗原或不同抗原。然而,单次注射方法仍然是主流方法。因此,认为基于表位的新型疫苗一种极好的方法。抗原含有表位,表位是能够引发细胞或体液免疫反应的基本单位。多表位疫苗由一系列表位(抗原)肽组成,有助于预防感染或诱导免疫反应。


目前用于生产多表位疫苗的大多数疫苗表达系统是基于细菌、酵母和哺乳动物的。然而,这些传统的疫苗生产系统存在许多缺点。例如,细菌表达系统容易出现天然结构蛋白表达困难、内毒素积累、宿主蛋白酶污染等问题。在酵母表达系统中,主要缺点是糖基化程度高,而哺乳动物表达系统的主要缺点是成本高、细胞生长缓慢和污染潜力高。


MG疫苗的候选免疫蛋白有GroEL、EF-Tu、greA、PDHC和Dnak,通过蛋白质组学分析发现它们具有良好的免疫原性。对GroEL蛋白的进一步研究发现,它具有atp酶活性,并参与MG PrpC蛋白的再折叠。同时,GroEL兔抗血清具有良好的杀菌作用,与灭活疫苗诱导的抗血清相似,提示GroEL是一种保护性抗原,可作为MG亚单位疫苗的候选抗原。MGC1和MGC2是MG的重要粘附因子。MGC1和MGC2重组蛋白与油佐剂混合制成的亚单位疫苗具有较强的免疫应答,证明MGC1和MGC2重组蛋白具有良好的免疫原性,可诱导抗体产生。Bercic等对MG ULB 02/P4和ULB 02/OV6菌株进行了双向电泳结合Western blot检测。该方法能够鉴定几种免疫相关蛋白,包括PdhD、延伸因子EF-G、丙酮酸激酶、NADH氧化酶、ATP合成酶、触发因子、DnaK、P70、P110、P160、LP85和LP78。


目前已开发出针对以下家禽病原体的多表位疫苗:新城疫病毒、甲型H7N9禽流感病毒、埃米尔寄生虫感染和土耳其疱疹病毒(HVT)载体疫苗。HVT作为一种广泛使用的疫苗载体通过编码异源抗原蛋白作为双重或三重疫苗,已被应用于控制多种禽类疾病,包括AI、IBD和NDV。高质量的抗原递送系统相继投入使用,如伤寒减毒活疫苗和腺病毒,辅以IMS 1113、氯化锂、介孔二氧化硅纳米颗粒等更有效的佐剂,以增强疫苗的免疫保护效果,为新型疫苗的研制提供了科学依据。


疫苗的使用是预防和控制MG和MS的主要手段,特别是在商品蛋鸡和种鸡群中。然而,在某些情况下,即使接种了疫苗,感染也可能突然发生。例如,不同禽群之间以及同一禽群内部可能通过水平和垂直途径发生潜伏感染和传播。因此,建议实施生物监测和生物安全措施,彻底根除感染鸡。


翻译自文章:Wu S , Wang M , Yang X ,et al.Research Progress in the Development of Vaccines against Mycoplasma gallisepticum and Mycoplasma synoviae[J].  2024.