第49卷第1期 2010年1月 湖北农业科学 Hubei Agricuhural Sciences Vo1.49 No.1 Jan.,2010 猪圆环病毒的研究概况 刘 萍,陈苗苗,杜 平,马全英,刘学荣,牟克斌,黄银君 (中农威特生物科技股份有限公司,兰州 730046) 摘要:猪圆环病毒(PCV)为圆环病毒科成员之一,可引起多种临床疾病,包括断奶仔猪多系统衰竭综合 征(PMWS),猪皮炎肾病综合征等。随着规模化养殖业的不断发展,由PCV一2引起的疫病呈上升趋势,给 全世界齐猪业带来了巨大的经济损失 为了探讨有效控制本病的方法.特对该病的病原学、分子生物学、 病毒复制的研究情况进行综述 关键词:猪圆环病毒;病原学:分子生物学;复制 中图分类号:¥858.28 中献标识码:A 文章编号:0439—8114(2010)0l一0215—03 Overview in Research of Porcine Circovirus Disease LIU Ping,CHEN Miao-miao,DU Pig,nMA Quan-ying,LIU Xue-rong,MU Ke—bin,HUANG Yin-jnil (China Agricultural Veterinary Biological Science and Technology Co.Ltd,Lanzhou 730046,China) Abstract:Porcine circovirus(PCV)has recently prevailed in the world and induced seveEal clinical disease,such as post— weaning muhisystemic wasting syndrome(PMWS)and porcine dermatitis and nephropathy syndrome(PDNS).It caused en0r- //Ions economic loss of the world pig industry.For studing the valid control method.The paper summarized the recent research circumstances of its etiology,molecular biology and virus replication. Key words:porcine circovirus;etiology;molecular biology;replication 猪圆环病毒fPorcine circovirus.PCV)是已知最 小的能在哺乳动物细胞中自行复制的病毒.它是一 种无囊膜、共价闭合、负股、单链DNA病毒。它主要 1 PCV的病原特征 猪圆环病毒(pcv)是无囊膜单股环状DNA病 感染单核/巨噬细胞系细胞.其中猪的肺泡巨嗜细 胞是其主要的靶细胞… PCV分为PCV一1和PCV一2 毒,属圆环病毒科圆环病毒属成员 猪圆环病毒 (PCV)是无囊膜二十面体病毒粒子,直径为17 13133. 两种血清型_2_ PCV一1是Tischer等从猪肾细胞株 PK一15的污染物中分离得到.没有致病性.不能引 是目前已知猪病原微生物中最小的 病毒粒子在 CsC1中的浮密度为1.37 g/mL.沉降系数为52sTM. 对外界环境的抵抗力较强.在酸性环境中及氯仿中 可以存活较长时间。PCV不能在原代胎猪肾细胞、 恒河猴肾下细胞、BHK一21细胞上生长,能够在肺泡 起细胞病变.猪体接种该病毒后不表现任何临床症 状和病理变化 研究表明.PCV一2与猪群中发生的许多新传染 病密切相关.包括断奶仔猪多系统衰竭综合征 (PMWS)、猪皮炎肾病综合征(PDNS)、猪呼吸道综 巨噬细胞以及PK一15细胞上生长.但在PK一21细 胞上不引起细胞病变 合征(PRDC)及A2型先天性震颤(CT)等,已给各国 养猪业造成严重的经济损失 近年来.PCV一2与其 2病毒的分子生物学 2.1基因组结构 他细菌性或病毒性病原的混合感染越来越普遍.并 引起更为严重的临床疾病.造成了更为惨重的经济 损失。另外由于缺乏有效的药物与疫苗和对其致病 PCV的基因组为单链环状DNA分子.PCV—l 基因组大小为1 759bp.包含7个编码蛋白大于 5kDa的开放阅读框(ORF) 。PCV一2基因组大小为 1 768bp(或1 767bp)。包括11个编码蛋白为2 机理的了解,目前国内外对PCV及其相关疾病的防 治还没有很好的办法 收稿日期:2009—10—15 作者简介:刘(1979一),女,山东单县人,研究实习员,主要从事分子生物化学及病毒学(电话)139l9O92o2l(电子信箱)ljup610@163.c0 。 ,216 湖 北 农 业 科 学 2010年 36kDa的开放阅读框 .也有报道认为它含有6个 开放阅读框,其中位于正链上的最大开放阅读框架 ORFI编码与病毒复制有关的蛋白(Rep).位于负链 上的ORF2编码病毒的结构蛋白(CaD)。 PCV一1和PCV一2各自毒株之间的基因组序列 同源性都在90%以上.其中PCV一2毒株之间ORF1 的同源性为97%~100%.其编码氨基酸的同源性也 为97% 100%,而ORF2的同源性为91% 100%.其 编码氨基酸的同源性为89%~100% PCV一1和 PCV一2毒株之间基因组序列同源性则在68%~76% 之问.但在基因组的不同部位其同源性不尽相同. 由ORF1编码的Rep蛋白高度保守,其氨基酸的同 源性为85%,由ORF2编码的CaD衣壳蛋白则相对 较低.其同源性为65% : 研究表明.在PCV的Rep和CaP两个主要蛋 白之间有一条回纹序列,形成发卡结构(SteIll—l0op structure),在该结构中有一保守的九聚体(5"-TAG— TA'I3"AC).同时CGGCAGCGG/TCAG在该序列中重 复出现了两次.因此该序列是启动复制蛋白的结合 位点.Mankertz等对PCV一1的研究也表明了它的 复制启始点在一个ll 1bD长的片段上(核苷酸728— 838bp)。另外.最近研究发现PCV一2的ORF3与病 毒引起的细胞凋亡有关.对ORF3的功能研究渐成 热点-9 1。 2.2编码蛋白与功能 2.2.1 ReP基因 ReP蛋白与病毒基因组的滚环复 制相关No1.由PCV最大的开放阅读框ORFI编码. 分子量为35.6KDa(PCV—1)或35.8KDa(PCV一2),由 312aa(PCV—1)或314aa(PCV一2)组成F3 3。PCV一1与 PCV一2相比较,Rep蛋白氨基酸序列同源性达 86%.这也是2种血清型PCV病毒产生抗原交叉性 的主要原因所在 PCV一1 Rep蛋白仅有一个糖基化 位点,位于20—22aa(NPS);PCV一2 Rep则有3个糖 基化位点,223—225aa(NPS)、256—258aa(NQT)及 286—288aa(NAT)。Rep蛋白具有与典型滚环复制 (PCR)相关的3个保守基序I(FTLNN)、II(HLQG)、 III(YCSK)以及结合dNTPs的P环fP~lO0D)结构(序 列为G—GKS).这些结构对于维持Rep蛋白的功能 至关重要.突变或缺失均会影响病毒的复制11,这 也进一步证明PCV病毒DNA进行滚环式复制。 Reo蛋白在所有圆环病毒中相对保守,而且与植物 病原的Nanovirus及Geminivirus的Rep蛋白具有同 源性 对PCV一1感染细胞进行转录分析表明,PCV一 1的Rep基因转录出2种mRNA(分别长1 250nt和 750nt):一个编码3l2氨基酸的Rep蛋白,另一个转 录子被剪接.编码168氨基酸的Rep,蛋白剪切引起 了Rep’蛋白的C端发生移码与原来的Rep基因序 列不同。PCV~l病毒的复制需要Rep与Rep’蛋白的 共同参与[121。2种蛋白均结合于包含有复制起点的 一段双链DNA(病毒核酸的复制中间体为双链).而 且它们均无结合单链DNA(负链亦或正链)的活性_13] Cheung E“ 对PCV一2病毒进行转录分析发现.PCV一2 体外感染PK一15细胞后生5种ReD相关的 mRNAs,分别命名为Rep(1 O00nt),Rep’(750nt), Rep3a(280nt),Rep3b(280nt)和Rep3c(470nt),这些 RNA具有相同的5’和3’端核苷酸序列 Rep mR。 NA可能是初始转录物.然后通过不同的剪接方式 产生其他4种mRNA 根据推导的氨基酸序列比较 和试验结果证明,PCV一2的Rep、Rep’蛋白与PCV一 1的两种蛋白相当.也与病毒DNA的复制密切相 关.其余mRNA的功能尚不清楚 2.2.2 Cap基因 CaD蛋白为病毒的主要结构蛋 白.构成病毒的核衣壳.由病毒基因组中ORF2编 码.在病毒感染细胞后在宿主各种酶的参与下产 生 CaP蛋白N端基因序列较保守.在1 238nt的位 置起始转录.转录子是一个119nt的非翻译引导序 列,启动子在 ep基因内部的1 428 1 168nt F ̄ ,Cap 基因启动子的调节作用还不清楚 PCV—l与PCV一2的CaD蛋白氨基酸同源性仅 为大约64% 2种病毒的CaD只有单一的糖基化位 点.分别位于PCV一2 Cap的143~145aa(NYS)及 PCV一1的102~104aa(NYS)。多肽扫描(PEPSCAN) 显示.PCV一1与PCV一2的Cap蛋白上共同的抗原 决定簇.但血清学实验却显示.两种血清型的Cap 蛋白没有抗原交叉.PCV一2的Cap蛋白抗体(或抗 原)不能与PCV一1 Cap蛋白(或抗体)发生反应,通 过电镜扫描还发现.PCV一2 CaP蛋白上存在3个特 有的抗原位点(65—87aa,l13—139 aa,193—207aa), 这为建立特异检测PCV一2的血清学方法奠定了基 础 软件分析分子量为27.8kDa.然而试验报道的分 子量则差异很大 Cap蛋白N端富含碱性氨基酸 (如精氨酸),与蛋白的核内定位有关。Liu 等对 PCV一2 ORF2基因(即C即基因)进行一系列突变 表明,Cap蛋白的核内定位与其N端的41个氨基 酸密切相关:进一步研究发现,位于12一l8位及34— 4l位的氨基酸对CaD蛋白的核内定位起决定性的 作用 Nawagitgu L” 和Pomtippat 等将PCV一2 ORF2 基因在昆虫细胞中表达.经测定表达的蛋白分子量 为30kDa.将该表达蛋白纯化经电镜负染观察可见 病毒颗粒.而且这种颗粒的密度比PCV一2病毒离子 的密度要低.但形态与病毒粒子相似,其直径也为 17nm左右.通过免疫电镜观察发现:这种衣壳样颗 第1期 刘萍等:猪圆环病毒的研究概况 217 粒就是ORF2表达蛋白组装而形成的衣壳样结构, 从而证实了Cap基因编码的蛋白是PCV一2的主要 Rep’蛋白都可结合包括结构蛋白(Cap)启动结合 区.但是只有全长的ReP蛋白可以被阻遏,而剪切 结构蛋白 另外,由于Cap基因是病毒中惟一容易 变异的基因.因此它可能影响PCV一1和PCV一2的 致病性.如改变PCV一2在宿主细胞中的趋向性和病 异构体不能被阻遏。研究发现阻遏的调节是通过 ReD蛋白与两个位于PCV一1复制起始区的六聚体 H1和H2结合而发生的.不需要与六聚体H3和H4 的参与 毒与细胞蛋白之间的相互作用 2.2.3 ORF3基因PCV一2的OR乃长315nt.编码 104个氨基酸.同源性较高,达94.5%。在PCV~1, ORF3长612nt.编码206个氨基酸。PCV一1与PCV一 4 结语 PCV一2作为一种新发现的病毒.与其有关的疾 2的ORF3所编码的氨基酸同源性仅为大约 61.5% 研究发现PCV一2的ORF3包含于ORF1中, 但与病毒的复制却不相关.然而能引起细胞凋亡, 并与PCV一2的致病机理有关_ l。 3病毒的复制与转录 PCV基因组复制采用滚环复制模式进行 病毒 在复制过程中首先产生双链的复制型中间体(RF), 此复制型中间体DNA的两条链都能进行基因转录 和蛋白质的表达 将两个PCV一2全基因组串联入 PSK载体.转染PKI与细胞不会产生活的病毒粒 子.表明PCV基因组首尾相连对病毒DNA的滚环 复制是必不可少的 已有PCV一1的部分转录图谱报道,通过 Northern杂交分析可从感染细胞中检到3个大小为 1 230nt,990nt和750nt带Poly(A)尾的病毒RNA, 其中990nt的RNA编码病毒衣壳蛋白 研究发现位 于病毒复制起始处有一段l 116 bp的DNA片段 (728~838nt).为启动滚环复的结合位点,在PCV一1 复制过程中 ep基因是必不可少,在尺8 基因的4 个保守序基元中截掉一段或导人突变位点均能导 致ReP基因失活 月ep基因转录起始位点位于767+ 1/一10bp处 Rep蛋白转录子中有一段为内含子 (1 176~1 558 nt),此内含子如被剪掉,则会翻译出 一个较短的蛋白,被命名为Rep 蛋白,大小为 19.2kD,由于读框移码.Rep’蛋白的最后48个氨基 酸不同于全长的35.8KD的Rep蛋白的C端.用 PCV一1感染细胞或用带有Rep基因的质粒转染细 胞,均可通过实时PCR检测到了尺ep和尺ep 基因 的转录l2” 与其他滚环病毒复制不同.Rep蛋白不能 单独启动病毒复制,Rep和Rep’共同启动PCV—l 的复制。 研究发现,PCV—l的两个主要ORF分别编码 复制起始蛋白(Rep,Rep’)和PCV一1结构蛋白 (Cap);结构蛋白(C即)启动子基因位于1 328一l 252nt 处;复制起始蛋白(Rep) ̄动子位于Rep基因(640 796nt)的上游并与PCV一1的复制起点重合。Rep, 病已经成为世界养猪业的重要传染病。给养猪业带 来巨大的经济损失 尽管世界许多实验室对PPV和 PRRSV与PCV一2在致病方面的协同机制、该病毒 对其所导致的各种疾病及PMWS的人工复制等方 面进行了大量的研究,但对其分子生物学特性、病 毒对动物免疫系统的影响、致病机理、有效的防制 措施以及一些潜在的问题等方面仍然缺乏全面而 系统的了解 因此,还必须对这些方面进行更详细、 更深层的研究 由于该病毒较广泛地存在于猪体 内.与猪的健康密切相关.尤其是考虑可能用猪的 器官与人类进行异体移植时.更应当进一步加强对 此病原体的研究。另外,目前国内关于PCV的分子 生物学和基因工程方面的研究鲜有报道.这也给国 内的兽医科技工作者提出了一个新的要求 参考文献: [1]NIAGRO F D,FORSTHOEFEL A N,LAWTHER R P,et a1. Beak and feather disease virus and porcine circovirus genomes: intermediates between the geminiviruses and plant circoviruses ̄J].Arch Virol,1998,143(9):1723-1744. [2]MANKERTZ,A,HILLENBRAND,B.Analysis of transcription of Porcine cireovinm type 1[J 3.Gen Virol,2002,83(11): 2743-27 1 [3]LIU,Q,WELLENBERG,G J,PESCH,S,el a1.Isolation and characterization of porcine eireovirus type 2 from pig showing signs of postweaning muhisystemie wastingsyndrome in the Netherlands[J].Veterinary Quarterly,2000,22(3):167—172. [4]MEEHNA BM,CREELNA儿,MCNEILLY MS,et a1.Sequence of porcine circovirus DNA:affinities with plant eircoviruses[J]. Gen Virol,1997,78(1):221—228. [5]HAMEL AL,LIN LL,NAYAR GP.Nucleotide sequence of porcine cireovirus associated with postwenaing muhisystemie wasting syndrome in pigs[J].Virol,1998,72(6):5262—5267. [6]MEEHAN BM,MCNEILLY F,TODD D,et a1.Charaeterization of novel circovirus DNAs associated with wasting syndromes in pigs[J].Gen Virol,1998,79(9):2171—2179. [7]ANDREW K,CHEUNG.Tmascriptional Analysis of Porcine Cir- covirus Type 2/J].Virology,2003,305:168—180. [8]REN,LAROCHELLE,RONALD M,et a1.Genetic characterization and phylogenetic analysis of porcine cireovirus type 2 (PCV2)strains from cases presenting various clinical condi一 i …・G。n Vim ’ 。。 ’ 。, 0 一¨ ’(下转第234页)