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成都生物所在黑斑蛙歪頭病病理機制研究方面獲進展
发表日期: 2020-07-27 作者: 朱未 文章來源:
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 近二十年來,隨著蛙類人工養殖業的興盛,一種傳染性蛙類疾病在養殖場中頻繁爆發。病蛙表現出歪頭、運動平衡喪失、眼部晶狀體混濁或充血、畏光、身體水腫等症狀,繼而發生爆發性地死亡。這種傳染性疾病俗稱爲蛙腦膜炎白內障歪頭病。从九十年代开始,歪頭病的爆发从福建、海南等沿海地区逐渐向内陆地区扩散,受危害的养殖蛙类包括牛蛙(Lithobates catebianus)、虎紋蛙(Hoplobatrachus chinensis)、黑斑蛙(Pelophylax nigromaculatus)、棘胸蛙(Quasaipaa spinosa)簣D腹蛙(Quasipaa boulengeri)等重要的經濟物種,在對養殖戶造成巨大經濟損失的同時,也帶來新的食品安全問題。 

 已有的研究表明,蛙类歪頭病的致病因子为细菌,目前已经从各类病蛙中鉴定出十几株病原菌,包括:米尔伊丽莎白菌(Elizabethkingia miricola)、腦膜膿毒性伊麗莎白菌(E. meningoseptica)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、醋酸鈣不動杆菌(Acinetohacter calcoaceticus)等,并以伊丽莎白菌属最为常见。这些菌株多为多重耐药菌,其中一些菌株(如米尔伊丽莎白菌)与人类临床分离株(可引起新生儿腦膜炎)具有较高的亲缘关系。当前,虽然对于歪頭病致病因子的鉴定工作取得了一定进展,但其病理机制却极少有研究,且我们对于健康蛙类所携带的本底病原菌的丰度及其潜在感染途径等均不了解,这些研究的空缺使得养殖蛙类歪頭病的防治工作遲遲無法取得進展。 

 为此,中彩江建平研究团队的朱未、常利明和赵春霖调查了四川境内养殖黑斑蛙(俗称青蛙)的歪頭病爆发情况。发现疾病爆发的蛙场内至少存在两种类型的病蛙:其中一种仅表现出歪頭的症状,其运动平衡丧失,大量溺死;另一种同时表现出歪頭、白內障和浮肿等症状,继而于阴暗处病死(圖1)。通過比較無症狀個體、歪頭個體和歪頭+白內障個體的腦、眼球和消化道菌群發現,米爾伊麗莎白菌是這些病蛙的致病因子,其在兩種病蛙的腦中均具有很高的豐度,而僅在歪頭+白內障个体的眼球中具有高丰度。所有个体的消化道菌群中米尔伊丽莎白菌的丰度极低,说明其从消化道感染黑斑蛙的可能性较低。值得注意的是,多种其他类型的歪頭病致病菌亦存在于养殖黑斑蛙的体表或肠道中,虽然其不是此次疾病爆发的致病因子,但是却有引起歪頭病爆发的潜在可能。 

    

   

  1 不同症狀的病蛙和微生物組成分析

    

 组织病理学分析发现,歪頭个体表现出明显的脑膜血管充血,而歪頭+白內障個體還額外表現出明顯的軟腦膜淋巴細胞滲透以及中樞神經系統損傷;兩種病蛙均出現肝髒脂肪儲備降低的現象。病蛙與無症狀個體的主要基因表達差異存在于腦組織中,且這些差異基因主參與免疫反應,病蛙表現出免疫識別(NOD-like receptor signaling pathway and Toll-like receptor signaling pathway)、發炎反應(TNF signaling pathway and Cytokine-cytokine interaction)和適應性免疫應答(B cell receptor signaling pathway)的全面激活。兩類病蛙的基因表達在腦組織和肝髒中存在明顯差異。在腦組織中,歪頭+白內障個體表現出強烈的天然免疫和炎症應答,且急性期蛋白的轉錄水平顯著升高;在肝髒中,歪頭+白內障个体同样表现出更显著的急性期蛋白表达上调和能量代谢基因下调。这些结果共同提示两种病蛙处于脑部感染的不同病理阶段。结合人细菌性腦膜炎的病程,我们推测歪頭个体处于软脑膜侵入和感染的早期,还未引发腦膜炎;由于未发现歪頭个体的肌肉存在明显的病理和基因转录变化,因此我们推测歪頭症状和运动失衡可能是源于神经系统感染。而在歪頭+白內障个体中,感染已经引起腦膜炎,其所伴随的系统性发炎可导致“血眼屏障”的突破(眼部感染)和组织水肿,进而解释了为何“白內障”症状的出现可以预测腦膜炎的发生(圖2)。 

   

  2 典型症狀的病理機制

    

 基于这些结果,我们为歪頭病的预防提出以下几点建议: 

 1.出现歪頭症状时病原菌已入侵脑膜,抗生素治疗所导致的细菌裂解可能促进炎症反应,加速病蛙的死亡,因此该疾病应以预防为主; 

 2.由于多种致病菌被黑斑蛙正常携带,监测黑斑蛙体表及养殖环境的微生物组成和丰度或可预测歪頭病暴发的风险; 

 3.有研究表明兩棲動物在暴露于某些滅活的病原物之後仍可獲得免疫記憶,而伊麗莎白菌感染可激活黑斑蛙的適應性免疫,我們或可嘗試使用滅活病原菌暴露的方式提前激活黑斑蛙對該病原菌的的免疫能力。 

 该研究得到了中國科學院战略先导研究项目(XDA19050201), 國家自然科學基金項目(31900327), 中國科學院西部之光人才培养项目(2016XBZG_XBQNXZ_B_008), 以及四川省科技廳基礎條件平台建設項目(2019JDPT0020)的支助。近日,這項工作以常利明爲第一作者,題爲 Microbiomic and transcriptomic insight into the pathogenesis of meningitis-like disease in cultured Pelophylax nigromaculatus發表于水産領域經典期刊Aquaculture

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