Респираторно-синцитиальная инфекция крупного рогатого скота: особенности клинического проявления, патогенеза и молекулярной эпизоотологии (обзор)

ВВЕДЕНИЕ

Респираторно-синцитиальная инфекция крупного рогатого скота (РСИ КРС) – контагиозная, остро протекающая вирусная болезнь, характеризующаяся поражением органов дыхания, преимущественно нижних отделов, у крупного рогатого скота. В структуре инфекционной патологии респираторного тракта РСИ КРС занимает одно из ведущих мест [1][2][3][4].

Согласно современной классификации возбудитель инфекции – Orthopneumovirus bovis (прежнее название Bovine respiratory syncytial virus, BRSV) – относится к cемейству Pneumoviridae, роду Orthopneumovirus [5]. Далее по тексту будет приведено историческое название вируса (BRSV), чтобы сохранить согласованность с источниками литературы.

В 1969 г. BRSV был впервые выделен от телят во время вспышки тяжелого респираторного заболевания в Швейцарии. Несколько обследований в начале 1980-х гг. и позже подтвердили, что вирус является энзоотичным для популяции телят по всему миру. По данным L. E. Larsen, агент обладает самым высоким патогенным потенциалом среди всех циркулирующих у крупного рогатого скота вирусов [6].

Родственным BRSV является респираторно-синцитиальный вирус человека (HRSV), они имеют общие эпидемиологические, клинические и патологические характеристики [7].

Крупный рогатый скот – естественный хозяин и резервуар BRSV, однако, возможно, мелкие жвачные животные также играют роль в передаче вируса [8]. Наличие инфекционного вируса или антител к нему было также зафиксировано у овец, коз, альпийских серн, бизонов, верблюдовых [9][10][11].

Респираторно-синцитиальная инфекция крупного рогатого скота имеет широкое географическое распространение и регистрируется во многих странах на всех континентах [12][13][14]. Передача вируса происходит воздушно-капельным путем. Уровень серопревалентности сильно различается в разных географических регионах и в среднем составляет 30–70%, но может достигать и 100% [1][15].

В нашей стране BRSV регистрируется с 1975 г. [16]. По данным отечественных источников литературы, в 16 регионах Российской Федерации при ретроспективных исследованиях сероконверсию к вирусу, свидетельствующую о его роли в возникновении респираторной патологии, выявляли у телят разных возрастных групп: 1 мес. – в 4,0% случаев; 3–4 мес. – в 37,5%; 4–6 мес. – в 52,6%; 7–9 мес. – в 50,0% случаев [17]. В хозяйствах Сибири серопозитивность животных к BRSV составляет в среднем 20–70% [18]. В недавно проведенном анализе проб биоматериала из 8 регионов Уральского и Сибирского федеральных округов РФ, а также Республики Казахстан, отобранных от животных при массовых вспышках острых респираторных заболеваний, геном BRSV выявили в 20,0 и 14,3% случаев у коров и нетелей соответственно. Кроме того, вирус был обнаружен в 3,05% проб от телят до 1 мес. и в 6,7% проб от телят в возрасте 1–6 мес. [19].

Уровень заболеваемости РСИ КРС колеблется от 60 до 80%, а смертность при тяжелом течении болезни у телят доходит до 20% [20]. Существует сезонная периодичность с самой высокой заболеваемостью в течение зимнего периода. Особенностью BRSV является его способность заражать хозяина даже при наличии вируснейтрализующих антител и вызывать повторные инфекции на протяжении всей жизни животного [21].

Вирус может инфицировать крупный рогатый скот всех возрастов и пород, при этом самая высокая частота развития тяжелого заболевания наблюдается у телят в возрасте от 1 до 6 мес. Среди взрослого скота вспышки инфекции происходят при заносе возбудителя в неиммунное стадо или реинфицировании. Более высокая устойчивость к вирусу у взрослых животных, по сравнению с телятами, может быть связана с уровнем специфического иммунитета после частого воздействия возбудителя. Клинические признаки обычно наблюдаются у крупного рогатого скота всех возрастов, когда BRSV вводится в неиммунное стадо, и регистрируются только у телят, когда вирус регулярно циркулирует в стаде [22].

Факторы риска, влияющие на распространенность инфекции, включают возраст животного, размер стада, концентрацию животных на единицу площади, ввоз новых животных, сезонность, высокую молочную продуктивность, снижение естественной резистентности животных, зоотехнические факторы [23]. Но даже в стадах с отличными условиями содержания возникают серьезные вспышки, что позволяет предположить, что BRSV может вызывать заболевание без предрасполагающих факторов окружающей среды [24].

Механизмы, отвечающие за выживание вируса в популяции крупного рогатого скота, изучены не в полной мере. Клинически больные животные считаются наиболее вероятными источниками инфекции, и поэтому наиболее подходящим объяснением рецидивирующих заболеваний является повторное введение вируса в стадо до возникновения новой вспышки. BRSV может быть выделен от бессимптомных носителей, в организме которых он способен сохраняться в течение нескольких месяцев, приводя к возникновению латентной формы инфекции внутри стад, что может служить объяснением возникновению вспышек среди содержащихся относительно изолированно телят. Вирус может циркулировать на очень низком уровне и среди серопозитивных коров, у которых он периодически реактивируется [1].

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРУСНОГО ГЕНОМА

Orthopneumovirus bovis  – оболочечный вирус, содержащий одноцепочечную отрицательную РНК длиной около 15 000 п. н. [1]. Вирионы могут быть сферическими, но обычно представляют собой нитевидные или плеоморфные структуры диаметром около 200 нм. Геном вируса кодирует девять структурных белков и два неструктурных белка. Структурные белки включают три оболочечных гликопротеина (F, G и SH), нуклеокапсидные белки (N, P и L), нуклеокапсид-ассоциированные белки (M2–1 и M2–2) и матричный белок (M) [25].

Белок G отвечает за связывание вируса с клеткой, а белок F – за его проникновение в клетку, распространение в организме хозяина и образование характерных синцитиев [21].

Белок F участвует в иммунном ответе, стимулируя выработку вируснейтрализующих антител, и способствует проникновению вирусных частиц в клетки-хозяева, а также опосредует слияние инфицированных клеток с образованием синцитиев – многоядерных гигантских клеток. Белок G в основном участвует в связывании рецепторов и процессе адсорбции [12]. Гены F и G играют важную роль в вирусной инфекционности и являются основными мишенями иммунной системы [6][20]. Ген F высококонсервативен, и его вариация нуклеотидной последовательности ниже среди изолятов BRSV по сравнению с геном G [26]. Благодаря своей высокой генетической изменчивости ген G может быть использован для эволюционного анализа штаммов вируса [7].

Белок SH – короткий интегральный мембранный белок. Он играет важную роль в ингибировании апоптоза во время инфекции, способствуя репликации вируса. Этот белок не является необходимым для репликации вируса, но участвует в уклонении от иммунного ответа хозяина [27].

Нуклеопротеин (N) играет важную роль в транскрипции и репликации вируса, выступая в качестве каркаса для сборки комплекса рибонуклеопротеина. Он может экспрессироваться на поверхности инфицированных клеток на ранних стадиях цикла репликации вируса [28].

Фосфопротеин (P) действует как фактор регуляции для вирусной транскрипции и репликации. Полимераза L является РНК-зависимой РНК-полимеразой и отвечает за вирусную транскрипцию и репликацию [20].

Белок М расположен на внутренней поверхности вирусной оболочки и участвует в сборке вирионов. В отличие от других вирусных мРНК, мРНК M2 транслируется в два разных белка, а именно M2–1 и M2–2, посредством механизма повторной инициации, зависящего от терминации рибосомы. Продукты гена M2 – M2–1 и M2–2 – являются основными регуляторными белками, которые модулируют цикл репликации BRSV. M2–1 интегрирует рибонуклеопротеиновый комплекс, который опосредует транскрипцию вирусных мРНК, а белок M2–2 регулирует переключение от транскрипции к процессу репликации [28].

Неструктурные белки NS1 и NS2 участвуют в модуляции врожденного иммунного ответа на ранних стадиях цикла репликации вируса, нарушая индукцию/сигнализацию интерферонов, созревание дендритных клеток и активацию Т-лимфоцитов. Кроме того, NS1 и NS2 связаны с ингибированием апоптоза, тем самым способствуя продлению жизни инфицированной клетки и увеличивая выход вируса [28].

В настоящее время BRSV подразделяется на четыре антигенные подгруппы (A, B, AB, нетипируемая) [1] и десять генетических подгрупп [7][26][29].

ПАТОГЕНЕЗ

Orthopneumovirus bovis обладает цитопатическим эффектом в культурах клеток и способен вызывать значительное повреждение бронхиального эпителия in vivo. Вирус инфицирует эпителиальные клетки верхних дыхательных путей, а затем быстро распространяется путем межклеточной передачи в нижние отделы и реплицируется в бронхиолах [30]. Реснитчатые клетки в эпителии бронхов и пневмоциты типа I в альвеолах являются основными клетками, которые поражает BRSV [31]. Также сообщалось, что ВRSV в культурах in vitro инфицирует интраэпителиальные дендритные клетки и базальные эпителиальные клетки проводящих дыхательных путей [32]. Таким образом, в дыхательных путях для BRSV имеется широкий спектр клеток-мишеней, которые способствуют его репликации и распространению в организме.

Прямые патологические последствия литической репликации вируса включают отторжение некротизированных эпителиальных клеток, что приводит к цилиостазу и ухудшению мукоцилиарного клиренса, накоплению экссудата в бронхиолах и альвеолах. Первоначальный приток полиморфноядерных нейтрофилов в дыхательные пути быстро заменяется преимущественно лимфомононуклеарной инфильтрацией перибронхиолярных тканей и повышенной проницаемостью микрососудов, в результате чего возникает отек подслизистой оболочки. Из-за потери мерцательного эпителия увеличивается количество и вязкость слизистых выделений. Бронхиолит, сопровождающийся воспалением, некрозом и обструкцией бронхиол, приводит к сужению дыхательных путей, нарушению воздушного потока и респираторному дистрессу. Уплотнение легких происходит из-за накопления воспалительных клеток и жидкости в альвеолах и бронхиолах, что ведет к дополнительному респираторному дистрессу и консолидации легкого. Интерстициальная пневмония – еще одно распространенное патологическое явление, также возникает из-за воспаления и утолщения интерстициальной ткани легких. В тяжелых случаях вирус может вызвать бронхиолярную обструкцию и альвеолярное повреждение, что ставит под угрозу общую дыхательную функцию теленка [25][30].

Тяжесть и продолжительность заболевания в первую очередь зависят от иммунного ответа хозяина, а не от репликации вируса. Врожденные иммунные механизмы обеспечивают дыхательные пути первым барьером против установления продуктивной инфекции. Впоследствии специфический гуморальный и клеточный иммунитет играют решающую роль в устранении инфекции и смягчении ее течения [30]. Установлено, что тяжелое заболевание РСИ КРС начинается при низкой вирусной нагрузке или после элиминации вируса и связано с гиперреактивным иммунным ответом [33]. Обнаружение гиалиновых мембран и эозинофилов в каудальных областях легких, даже в тех участках, где вирус не был выявлен, также подтверждает роль иммуноопосредованных патологических процессов в патогенезе РСИ КРС [6].

Течение инфекции и характер иммунного ответа во многом определяются типом цитокиновой регуляции. Вирус использует различные стратегии для сдерживания врожденных и адаптивных иммунных ответов, которые оказывают пагубное воздействие на иммунологическую память. Функция дендритных клеток во время инфекции нарушается, что приводит к несбалансированным адаптивным иммунным ответам: активность Т-хелперов (Th) 1-го типа задерживается или подавляется и стимулируется экспрессия цитокинов Th2 [25].

Th1-опосредованный иммунный ответ включает выработку интерферонов (IFN) типа I, в частности IFN-α и IFN-β, которые играют решающую роль в ингибировании репликации и распространения BRSV. Далее активируются различные защитные механизмы, включая экспрессию противовирусных белков, чтобы помешать репликации и распространению вируса. Помимо IFN типа I, врожденные иммунные клетки выделяют провоспалительные цитокины и медиаторы, такие как интерлейкин-1 (IL-1), интерлейкин-6 (IL-6) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α), которые способствуют воспалению и привлечению иммунных клеток к месту инфекции, а также опосредуют системные клинические признаки РСИ КРС.

Тяжелая инфекция связана с модуляцией Th2-иммунного ответа с повышенной экспрессией цитокинов, стимулирующих Th2, и повышенной концентрацией специфических для BRSV IgE-антител в лимфатической жидкости [34]. Особенности патогенеза тяжелой BRSV-инфекции у телят включают быструю инфильтрацию нейтрофилов, чрезмерное образование слизи, задержку реакции Т-клеток, экспрессию цитокинов IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 и IL-17 [28][35][36].

Белки NS1 и NS2 являются основными участниками иммуносупрессии, ингибируя ответ IFN типа I и других компонентов иммунной системы [33], в результате чего у животных снижается противовирусный иммунитет и фагоцитарная активность в легких, что способствует развитию бронхопневмоний [4].

Несмотря на защитные механизмы, крупный рогатый скот подвергается многочисленным повторным инфицированиям BRSV. Последующие заражения, как правило, менее серьезны, но поддерживают циркуляцию вируса в популяции, способствуя инфицированию восприимчивых животных [25].

Заражение BRSV индуцирует возникновение вторичных бактериальных инфекций в нижних отделах дыхательных путей, что приводит к развитию тяжелых пневмоний [37]. Вирус усиливает адгезию бактерий (Mannheimia haemolytica, Pasteurella multocida, Histophilus somni, Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Trueperella pyogenes) к эпителиальным клеткам дыхательных путей [18][33][36][38][39][40][41][42][43]. Изучая механизм бактериальной суперинфекции, вызванной Pasteurella multocida после заражения BRSV, P. E. Sudaryatma et al. установили, что адгезия бактерий к эпителиальным клеткам нижних дыхательных путей крупного рогатого скота усиливается за счет повышения экспрессии рецептора фактора активации тромбоцитов (PAFR) [42]. Инфицирование эпителиальных клеток бронхов и легких BRSV повышало адгезию Pasteurella multocida к этим клеткам, но не влияло на усиление адгезии к эпителиальным клеткам трахеи [41]. Результаты исследований подтвердили способность вируса к предпочтительному размножению в нижних дыхательных путях. McGill J. L. et al. установили, что коинфекция BRSV и Mannheimia haemolytica у телят приводит к повышенной экспрессии IL-17, IL-21 и IL-22 в легких и периферической крови [36].

КЛИНИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

Инкубационный период при РСИ КРС составляет от 2 до 5 дней. В экспериментальных исследованиях начало и продолжительность клинического заболевания значительно различались, но симптомы, как правило, присутствовали между 2-м и 8-м днем после заражения [44]. Репликация вируса обнаруживается со 2–3-го дня после заражения и продолжается до 7–10 дней после заражения. В естественных условиях болезнь может протекать в разнообразных формах (от субклинической с минимальными клиническими признаками до тяжелой с ярко выраженными признаками поражения дыхательной системы, с одышкой) и заканчиваться гибелью животного.

Инфекция может иметь бессимптомное течение, ограничиваться верхними дыхательными путями или поражать как верхние, так и нижние дыхательные пути. При легком течении с поражением верхних дыхательных путей наблюдается кашель, серозно-слизистый ринит и конъюнктивит, легкое или умеренное учащение дыхания, повышение температуры, анорексия, вялость. При течении средней тяжести у больных телят выявляют частоту дыхания выше 80 движений в минуту, тахипноэ, резкие легочные звуки через большую часть стенки легкого и сильный кашель.

Тяжелое течение инфекции характеризуется высокой лихорадкой, глубокой депрессией, сильной одышкой. У животных может развиться тяжелая дыхательная недостаточность с хрюкающим выдохом, они дышат открытым ртом с высунутым языком, вытянув шею и опустив голову, из ротовой полости выделяется слюна. У этих животных обнаруживают эмфизему и отек легких. Иногда развивается подкожная эмфизема [6][20][34][45].

Патолого-анатомические изменения регистрируют только в легких. При вскрытии выявляют интерстициальную пневмонию, консолидацию краниовентральных частей легкого. В бронхах и мелких бронхах содержится слизисто-гнойный экссудат. Каудодорсальные части легких часто растянуты из-за междольковых, дольковых и субплевральных эмфизематозных поражений. Легкие увеличены в размере, может наблюдаться ломкость легочной ткани. Трахеобронхиальные и средостенные лимфатические узлы могут быть увеличенными, отечными и иногда геморрагичными. При бактериальной суперинфекции паренхима легких становится более отечной и консолидированной, может наблюдаться фибринозная или гнойная бронхопневмония [6][20].

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭПИЗООТОЛОГИЯ BRSV

Orthopneumovirus bovis, как и большинство РНК-содержащих вирусов, обладает высокой степенью гетерогенности вирусного генома и низкой точностью его репликации, что способствует формированию различных вирусных субпопуляций в пределах одного хозяина [1][46].

Молекулярно-генетические исследования во время возникновения вспышек РСИ КРС показали циркуляцию идентичных штаммов вируса среди животных в пределах одного стада. При повторных вспышках различия вирусных штаммов могут достигать 11%, при этом новые генетические штаммы становятся доминирующими [47].

При исследовании молекулярной эпизоотологии BRSV обнаружена значительная географическая корреляция между вирусными вариантами и появлением новых генетических вариантов [46].

В настоящее время с помощью филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей генов G и N выявлено десять генетических подгрупп BRSV [14]. Подгруппа I состоит из штаммов, выделенных до 1980 г. в Европе [48]. Последний раз штаммы этой группы регистрировались у крупного рогатого скота в Бельгии в 1997 г.

Штаммы вируса подгруппы II распространены в Дании, Швеции и Норвегии, Японии [7][14][49]. Подгруппа III включает штаммы из США, Италии, Китая и Турции [14][46][50]. Chang Y. et al. определили доминирование в Китае штаммов подгруппы III [12]. Подгруппа IV включает два подкласса: IA и IB. В подгруппу IV IA входят штаммы, выделенные в Англии в 1971 и 1976 гг., а в IB – выделенные в Нидерландах в 1980-х гг. [7]. Штаммы подгруппы V и VI были обнаружены во Франции и Бельгии [7][49]. Подгруппы VII и VIII выявлены в Хорватии в 2018 г. и Италии [29][46]. Недавно идентифицировали еще две подгруппы: IX – в Бразилии [51] и Японии, X – в Японии [26].

До недавнего времени в России отсутствовали какие-либо сведения о генотипах циркулирующих штаммов вируса. Глотов А. Г. и соавт. впервые в нашей стране провели секвенирование полной нуклеотидной последовательности гена гликопротеина G пяти изолятов вируса, циркулирующих среди высокопродуктивного молочного скота в Сибири, и двух вакцинных штаммов. На основании филогенетического анализа было установлено, что популяция сибирских изолятов BRSV представлена двумя подгруппами и одной независимой кладой. Так, изоляты NSO1, NSO2, выделенные от телят в Новосибирской области, были отнесены к подгруппе II штаммов BRSV. Нуклеотидное сходство этих изолятов с хорватским штаммом составило 99,09%, со шведским – 98,44%, с итальянским – 98,31%, а в последовательности гена G обнаружены нуклеотидные мутации относительно других штаммов подгруппы II, приводящие к ряду уникальных аминокислотных замен. Изоляты Alt3 и Alt4, выделенные от животных в Алтайском крае, были отнесены к подгруппе III. Нуклеотидное сходство алтайских изолятов со штаммами из Китая составило 98,73–97,34%. В последовательностях изолята Alt3 были обнаружены уникальные аминокислотные замены. Отдельную кладу образовали изолят K18, выделенный от больных нетелей, завезенных из Канады, при вспышке массового респираторного заболевания после смешивания их с местным скотом, а также аттенуированный штамм «375», входящий в состав двух вакцин. Полученные полные нуклеотидные последовательности гена гликопротеина G изолятов BRSV были депонированы в базу данных GenBank под номерами OR426499–OR426505 [19].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ представленных данных позволяет сделать вывод о широком распространении РСИ КРС во многих странах мира, в том числе и в Российской Федерации. Инфекция приводит к значительным экономическим потерям в отрасли молочного и мясного скотоводства, связанным с заболеваемостью, смертностью, затратами на лечение и профилактику. Крупный рогатый скот является основным резервуаром возбудителя РСИ КРС. Репликация BRSV ограничена только респираторными органами. Вирус повышает восприимчивость телят к вторичным инфекциям и способствует колонизации нижних отделов дыхательных путей бактериями, что приводит к возникновению тяжелой патологии, приводящей к бронхопневмонии или фибринозной пневмонии. Особенностью BRSV является его способность вызывать иммунопатологию. Патогенное действие вируса обусловлено дисбалансом иммунного ответа в сторону Th2-зависимых процессов. Возбудитель обладает мощным иммуносупрессорным действием, что способствует осложненному течению и реинфицированию.

Относительно быстрая скорость эволюции обуславливает генетическую и антигенную гетерогенность полевых штаммов вируса. Выявление и характеристика генетически различных подгрупп BRSV, циркулирующих в хозяйствах конкретных регионов, и дальнейшие исследования их антигенных свойств имеют важное значение для реализации мероприятий по борьбе с инфекцией, включающих разработку точных диагностических методов и эффективных вакцин для минимизации экономических потерь.

Учитывая генетическую изменчивость BRSV, изучение молекулярной эпизоотологии вируса приобретает особую актуальность. Необходимо продолжить исследования генетического разнообразия BRSV и патогенности штаммов, циркулирующих в нашей стране, для разработки стратегии иммунопрофилактики инфекции.

Вклад авторов: Котенева С. В. – анализ литературы и написание текста; Глотов А. Г. – идея и написание текста, утверждение окончательного варианта статьи; Глотова Т. И. – анализ литературы, редактирование статьи; Нефедченко А. В. – анализ литературы.

Contribution of the authors: Koteneva S. V. – literature analysis and text writing; Glotov A. G. – concept and text writing, approval of the final variant of manuscript; Glotova T. I. – literature analysis, manuscript editing; Nefedchenko A. V. – literature analysis.