牛支原体肺炎是由牛支原体(
Mycoplasma bovis,
M bovis)感染引起的传染性呼吸道疾病,尤其在当今规模化、集约化的养殖模式下,养殖密度较高,加之空气传播与接触传播的特性,犊牛和成年牛均易感该病菌。该病在全球范围内广泛分布,传染性强,感染率高达70%,且犊牛死亡率高,还易引发多种疾病混合感染,给养牛业造成严重的经济损失
[1-2]。世界动物卫生组织(OIE)将丝状支原体丝状亚种SC型引发的牛传染性胸膜肺炎列为A类动物疫病,而在各类支原体病原中,牛支原体是对牛致病力最强的种类之一
[3]。该病原体最常诱发呼吸道疾病,除肺炎外,还能导致乳腺炎、关节炎、中耳炎以及生殖道炎等多种病症
[4]。目前,在牛支原体肺炎的临床防治领域,尚未研发出具备显著疗效的特异性药物以及高效防护的疫苗产品,加之耐药菌株持续涌现并呈扩散态势,这进一步加剧了牛支原体肺炎防控工作的复杂性与艰巨性。牛支原体肺炎的广泛分布、高传染性及多重危害已成为养牛业可持续发展的重要制约因素,而疫苗与特效药物研发的滞后、耐药菌株的蔓延进一步加剧了防控难度。基于此,本文全面综述牛支原体肺炎的病理特征、感染过程、诊断方法和疫病防控相关的研究内容,为相关领域研究员或一线工作人员提供实践参考与理论支持,助力行业抵御疫病风险。
1 病原学和流行病学特征
1.1 病原学
M.bovis在生物分类上归属于原核生物界,柔膜体纲,支原体目,支原体科,支原体属,是目前已知原核生物中具备自我复制能力、体积最小、基因组最简单的一类微生物
[5]。
M.bovis与其他支原体相似,无细胞壁结构,具有典型的“柔膜体”特征,其细胞形态表现出高度的多态性,显微镜下观察呈球形、杆形、丝状等
[6]。
M.bovis因缺乏细胞壁这一关键作用靶点,需借助细胞膜表面蛋白与宿主细胞相互作用,进而逃避宿主免疫系统的识别与清除。这一特性使其对青霉素类、头孢菌素类等作用靶点为细胞壁的抗生素天然耐药,因此显著增加了牛支原体肺炎的防控难度
[7]。支原体通常在外界环境中生存能力差,但环境中的
M.bovis存活力较其他支原体稍强。高温环境下65 ℃、2 min或70 ℃、1 min可使其活性完全丧失;避免阳光直射情况下,
M.bovis可存活数周;4 ℃牛乳和海绵中可存活2个月;若病原体存在于4~37 ℃的液态介质中,其存活能力不受显著影响,可持续存活59~185 d
[8]。
1.2 流行病学
1961年,美国学者Hale首次从患乳腺炎病牛的乳汁中发现并分离出
M.bovis这一致病原,直至1976年,该病原体才首次被证实为引起牛呼吸系统疾病的主要致病菌
[9]。我国于1983年首次报道从患乳房炎奶牛的乳汁中分离到该菌
[10],2008年,辛九庆等
[11]从患肺炎犊牛的肺组织中成功分离出该病原体。此后,牛支原体肺炎在我国多地迅速蔓延。目前,该病在我国的发病率高达50%~100%,病死率为10%~50%,给我国养牛业造成了重大的经济损失。
M.bovis主要传染源是潜伏感染或临床发病的牛只,特别是慢性感染的“带菌牛”,这类带菌牛可通过呼吸道分泌物持续或间歇性排毒,而引入无症状带菌牛则是牛群间传播该病原体的最主要途径。空气传播是
M.bovis最主要的传播途径,可通过污染的饲料、饮水、器具以及饲养员间接传播,犊牛可经垂直传播而感染该病原体
[12]。不同品种、各年龄阶段的牛均易感染
M.bovis引发疾病,但易感性存在显著差异,临床症状也有所不同。2~12月龄犊牛易感性最高,并且奶牛与肉牛和黄牛相比,更易感染牛支原体;在应激条件下,成年牛也可能暴发疾病。该病一年四季均可发生,其中冬季和早春是牛支原体肺炎的高发时段。在寒冷环境下,牛只吸入冷空气后,呼吸道黏膜受到强烈刺激,导致机体对外界病原体的抵抗力大幅下降,为
M.bovis入侵提供了可乘之机。同时,这一时期气温变化剧烈,骤降或反复无常的气温使牛群面临温度应激,进一步削弱了机体抵抗力。而且,寒冷季节牛舍往往通风不佳,舍内空气中细菌浓度升高,再加之舍饲密度增大,病原体传播的风险显著增加,多种因素叠加,极易引发牛支原体肺炎
[13]。
2 致病机制
2.1 黏附与定植
牛支原体肺炎的发病过程是由病原体、宿主和环境因素共同参与的复杂相互作用。病原体通过飞沫侵入宿主呼吸道后,借助自身具有黏附功能的膜蛋白,与宿主细胞表面靶蛋白直接或间接结合,进而实现定植与感染,其黏附素可特异性定植于呼吸道纤毛上皮
[14]。Xu等
[15]系统总结了16种黏附素(如NOX、MbfN、P27蛋白等),目前已鉴定出10多种黏附素,这些黏附素主要与宿主细胞的纤溶酶原、纤维连接蛋白、肝素和淀粉样前体样蛋白-2结合。Liu等
[16]进一步研究发现,支原体表面的脂蛋白LppA可与细胞外基质(ECM)成分、宿主纤溶酶原和膜联蛋白A2(ANXA2)相互作用,在
M.bovis黏附宿主细胞和传播中起着至关重要的作用。最新研究表明,热休克蛋白Hsp70家族核酸交换因子(GrpE)也能参与
M.bovis对宿主细胞的黏附过程,张梦婷等
[17]通过构建原核表达载体pET-GrpE、基因测序、重组质粒转化、抗体效价测定、亚细胞定位等发现,GrpE蛋白是
M.bovis的一种高度保守的新型黏附素,主要存在于膜表面,可通过剂量依赖性方式结合宿主细胞膜蛋白,且该结合可被GrpE蛋白多抗所抑制,表明GrpE蛋白是
M.bovis的一种高度保守的新型黏附素,可直接参与黏附过程。
2.2 病原体对宿主的损伤
近年的研究中,众多成果已陆续阐明了
M.bovis借助多种分子路径诱导宿主细胞发生凋亡的确切机制。
M.bovis定植于宿主细胞膜表面时,会分泌多种毒素和酶类(H
2O
2、核酸酶、磷脂酶等)以及物理接触直接损伤呼吸道上皮细胞和肺组织,进而破坏呼吸道屏障完整性
[18]。H
2O
2可透过上皮细胞膜,与铁离子反应形成活性氧(ROS)毒性物质,氧化细胞膜上的磷脂和蛋白质,导致细胞膜完整性破坏,最终引发细胞坏死
[19]。H
2O
2还会破坏线粒体的内膜结构,抑制呼吸链酶的活性,ATP生成中断,进一步加速上皮细胞凋亡
[20]。唐恬等
[21]以线粒体凋亡通路凋亡标志蛋白Bax和Bcl-2为靶点进行研究,发现
M.bovis石河子分离株可通过调控Bax和Bcl-2的表达诱导牛巨噬细胞凋亡。Liu等
[22]构建
M.bovis感染牛乳腺上皮细胞(bMEC)模型,发现随着感染时间的延长,细胞中ROS的产生和凋亡细胞的比例均增加,且Bax/Bcl-2比值增加并激活caspase-3,提示
M.bovis通过产生ROS并启动线粒体依赖的凋亡途径对宿主造成损失。Wu等
[23]研究了
M.bovis膜蛋白P48,发现P48蛋白以内质网应激信号依赖的方式调节胎牛肺(EBL)细胞凋亡。
2.3 宿主免疫应答失衡
M.bovis及其代谢产物被宿主免疫系统识别后,会触发机体强烈的先天性免疫反应。此时巨噬细胞被大量激活,释放大量的促炎细胞因子,进而招募中性粒细胞等炎症细胞向感染部位聚集。该炎症反应的初衷是清除病原体,却常因过度激活而失控,引发“炎症风暴”,最终对肺组织造成严重免疫病理损伤。肿瘤坏死因子-α(TNF-α)作为“炎症风暴”的关键启动因子,可诱导上皮细胞和血管内皮细胞表达黏附分子,促进中性粒细胞、单核细胞向肺组织浸润,同时激活中性粒细胞释放弹性蛋白酶,进一步破坏肺泡结构完整性。此外,白细胞介素等促炎因子可作用于下丘脑体温调节中枢,引发机体发热症状。大量的促炎因子导致肺组织出现肺泡间隔增厚、肺泡腔内渗出液积聚、气体交换功能严重受损等
[24]。受损的呼吸道黏膜与聚集的炎性渗出物为环境中或其他牛只携带的继发性病原提供了完美的滋生地,从而引发更为复杂的支气管肺炎
[25]。
3 诊断方法
3.1 临床症状观察
牛感染
M.bovis后,发病初期体温迅速升高,可达42 ℃,同时表现为精神沉郁,食欲减退,被毛粗乱,伴随持续干咳,初期流清亮鼻液,后期可转变为脓性,呼吸频率加快,病情严重时表现为呼吸困难。部分病牛(尤其是犊牛)易并发关节炎,表现为关节肿胀、疼痛并伴随跛行
[26]。
3.2 病理变化
病变主要位于肺脏的尖叶、心叶和膈叶前缘,常呈双侧不对称分布。由于不同区域炎症程度和肺不张情况不同,肺表面颜色不一,呈红、灰、黄相间的斑驳纹理,即“大理石样变”
[27]。肺胸膜和胸壁表面可见大量灰白色纤维蛋白渗出和黏连;肺小叶间质显著增宽,肺脏存在充气现象,支气管腔内积聚大量泡沫状液体,支气管淋巴结明显肿大、水肿。通过组织病理学检查可见支气管和细支气管周围淋巴细胞、巨噬细胞大量浸润,肺泡间隔增厚,肺泡内充满炎性细胞和渗出液,细支气管上皮增生和脱落
[28]。
3.3 实验室检测
1)病原分离培养。采集病牛鼻拭子、气管冲洗液或肺组织,接种至支原体固体培养基后,置于37 ℃、5% CO
2环境中孵育2~3 d,光学显微镜下可观察到典型的“煎蛋”样菌落形态
[29]。或将采集的病料放入液体培养基中,若液体培养基由红色转变为黄色且透亮,结合生化试验可完成对牛支原体的鉴定。但该方法存在明显局限性,不仅耗时较长,对样本运输条件与培养环境要求严苛,且检测敏感性有限。
2)血清学检测。血清学检测中,酶联免疫吸附试验(ELISA)是常用方法,通过采集病牛血液样本并分离血清后开展检测。该方法的核心原理为:利用
M.bovis抗原与样本中特异性抗体发生特异性结合,随后加入酶标二抗识别该免疫复合物,借助底物显色反应实现对抗体浓度的量化分析(以S/P(%)或OD比值表示),最终判断待测牛只是否感染牛支原体肺炎
[30]。该定量方法不仅可精准用于个体层面的早期感染筛查、病程进展监测及临床确诊,还能量化群体水平的流行病学特征;科学确定规模化奶牛场与育肥场的整体感染率,清晰追溯疫病在群体内的传播路径、扩散速率及风险节点
[31],尤其适用于养殖场疫情基线调查、传播链追踪、防控措施优化及干预效果验证,是当前成本可控、效率突出且应用场景广泛的核心流行病学调查技术之一。
ELISA检测方法主要针对免疫优势蛋白(P48、rMbovP730)的单克隆抗体来提高特异性,并尽量减少与其他支原体物种的交叉反应。P48蛋白是牛分枝杆菌表面的一种高度保守的脂蛋白,广泛用来捕获抗原,周睿
[32]通过将P48蛋白包被在96孔固相载体上,建立
M.bovis抗体的间接ELISA(iELISA)检测方法,发现抗原包被质量浓度为2.5 μg/mL、血清稀释度为1∶40时,检测准确性最高,与加拿大Biovet试剂盒的总符合率为91.4%。张竹新
[33]基于P81蛋白成功建立iELISA检测法,对100份样品进行检测,总符合率达91%,证明其适用于临床诊断。rMbovP730重组蛋白可通过免疫蛋白质组学分析鉴定,该方法具有高特异性和高灵敏度特点,生产成本低。李祥慧等
[34]基于rMbovP730建立了
M.bovis的iELISA方法,诊断准确性强,同时具备区分感染与疫苗接种(DIVA)的潜力。
血清学检测适用于活体样本检测,牛群混合奶样(bulk tank milk,简称BTM)同样可用于ELISA检测。BTM中的抗体水平能反映泌乳奶牛群体的总体免疫状态,可快速、无创地评估整个牛群的感染情况。Bokma等
[35]采用贝叶斯潜类分析(BLCA)对3种商用BTM-ELISA进行了比较,结果显示优化的临界值显著提高了诊断准确性。类似的研究表明,BTM-ELISA的灵敏度明显高于BTM-PCR,这一差异受到牛分枝杆菌间歇性脱落的影响
[36]。Hurri等
[37-38]进一步证实,将BTM与初产奶牛采样相结合,可以有效提升新感染牛群的早期发现率。
3)分子生物学检测。分子诊断技术因其高灵敏度和强特异性已成为牛支原体肺炎诊断的主流方法,尤其是各类PCR及其衍生技术在该病的快速检测中发挥了重要作用。与传统培养和血清学检测相比,分子诊断技术能够实现更早期、更精确的病原识别,并在临床快速检测与防控体系中发挥着核心作用。PCR检测方法可通过突变位点扩增检测牛支原体
P48、
P81、
oppD/F、
uvrC等基因,判定牛是否携带牛支原体
[39-40],这些基因在
M.bovis中具有物种特异性且与其致病相关。传统PCR方法可通过检测
M.bovis P48或
P81基因突变片段来确定感染状态
[41-42];而oppD/F基因序列因保守性高、特异性好,适用等温扩增技术诊断
[43]。实时荧光定量PCR还能对病原体载量进行定量,有助于评估感染的严重程度和活动性,例如
uvrC基因的荧光定量PCR就常被用于
M.bovis检测
[44]。随着检测需求的不断提高,针对混合感染的快速鉴别诊断技术也日益受到重视。冯明祥等
[45]建立了牛支原体和多杀性巴氏杆菌双重PCR检测法,该方法最低检测质量浓度为1.25×10
-6 ng/µL,对273份屠宰场采集的样本进行双重PCR检测,其结果与单重PCR检测的符合率达到100%,该方法敏感性高且重复性好,具有一定的准确性和可靠性。沈思思等
[46]建立了牛支原体、溶血性曼氏杆菌和多杀性巴氏杆菌三重PCR检测法,与单项PCR检测结果相符率为92.84%。在追求更快速、更精准检测技术的驱动下,新型分子诊断方法也得到了不断开发。邹美娟
[47]以
M.bovis oppD/F基因为靶基因,成功建立了基础型RAA、RAA-LFD和RAA-CRISPR/Cas12a-LFD 3种
M.bovis检测方法,其中,RAA最低可检测5.71×10
2 copies/μL,RAA-CRISPR/Cas12a最低可检测5.71×10³ copies/μL。相较于常规的PCR方法,这3种方法操作便捷、反应快速、特异性强且灵敏度高。
4 防治措施
4.1 生物安全防控
生物安全防控是阻断病原体传播的第一道防线,牛场需坚持自繁自养,避免引入带毒牛只。如需引种,必须从信誉良好的、无牛支原体肺炎历史的牛场选购,并实施至少4周的隔离检疫。隔离期间采用分子生物学检测技术进行病原检测,同时密切观察牛只有无咳嗽、流鼻涕等呼吸道症状,确认健康后才可混群。严格管控人员与车辆流动,限制无关人员进入生产区,对进入车辆和设备进行严格消毒,进入场区的车辆、设备需经高压冲洗、消毒剂喷洒等彻底消毒,人员需更换专用衣物、经消毒通道进入。定期对牛舍、运动场、饮水设备等进行全面消毒,选用过氧乙酸、次氯酸钠等高效消毒剂,交替使用避免病原产生耐药性。
4.2 科学化饲养管理
良好的饲养管理能增强牛只抵抗力,减少应激因素诱发的感染风险,是防控该病的关键环节。优化养殖环境:避免牛舍过度拥挤,保证每头牛拥有充足的活动空间;保持通风良好,确保空气流通的同时避免贼风侵袭;及时更换垫料,保持圈舍干燥清洁,减少病原滋生。规范养殖模式:实施“全进全出”管理制度,避免不同来源、不同年龄阶段的牛只混群饲养,降低交叉感染风险。犊牛采用单独饲养模式,减少病原在群体内的水平传播。强化营养供给:提供均衡的全价日粮,保证维生素、微量元素及蛋白质的充足摄入,维持牛只强大的免疫功能
[48]。在断奶、运输、转群等关键应激期,可在饮水中添加电解质、维生素等抗应激制剂,缓解应激反应对机体免疫力的影响。
4.3 免疫预防
免疫接种是预防牛支原体肺炎最经济有效的手段,能显著降低群体发病率。目前市场上的牛支原体疫苗主要是灭活疫苗,可使用牛支原体灭活疫苗(含P60抗原),犊牛3~4周龄首免,间隔21 d二免,肌注2 mL/头;成年牛每年免疫1次。通过这些综合措施的实施,可以显著降低牛支原体肺炎的发病率。该疫苗通过刺激机体产生特异性抗体,有效抵御牛支原体感染。免疫程序需严格遵循规范,犊牛3~4周龄进行首免,间隔21 d后进行二免,每头牛肌肉注射2 mL;成年牛每年免疫1次,确保抗体水平持续维持在有效保护范围内。免疫接种需配合饲养管理优化,避免在应激期接种,降低免疫失败风险。
4.4 耐药性问题与应对策略
M.bovis感染一般不直接引发牛只死亡,其所致严重病理状态主要源于患病牛在病程中出现的类似肺功能衰退引发的低氧血症,以及由此诱发的多种继发感染。因此,临床上治疗该病以抗生素治疗为主,配合对症治疗提高疗效。阿奇霉素作为一种广谱抗菌药物,对支原体具有显著的抑制效果,在临床治疗新生犊牛支原体肺炎时,可采用肌肉注射的方式给予阿奇霉素,用药剂量依据犊牛体重调整为5~10 mg/kg,1次/d,连续3~5 d,以期达到理想的治疗成效
[49]。土霉素对支原体有一定的抑制作用,可按每千克体重10~20 mg的剂量进行肌注,1~2次/d,持续5~7 d。或每日口服剂量为10~15 mg/kg的多西环素,连用5~7 d
[50]。若患病牛有咳嗽症状,可每日灌服氯化铵,每千克体重20~50 mg,2~3次/d,连续使用3~5 d,有助于痰液排除
[51]。此外,还可搭配中药如银黄、双黄连、鱼腥草、甘草、小柴胡散和麻杏石甘散等进行联合治疗,有助于降低抗生素的用量,减少耐药性风险
[52]。
由于抗生素的滥用,会致使支原体对部分抗生素的敏感度降低,在停止用药后易出现感染复发的现象,同时引发药物残留问题,对人类身体产生不良影响。应严格规范抗生素使用剂量与疗程,确保足量、足疗程用药,避免中途停药导致耐药性产生。另外,可推广抗生素与中药联合治疗方案,减少单一抗生素的使用剂量与频率,延缓耐药性发展。
5 结 语
牛支原体肺炎是一类病因复杂、难以防控的传染病,有效治理需要突破“重治疗、轻预防”的传统模式,关键在于坚持“预防为先、综合施策”的理念。本文系统阐述了该病的病原特性、侵袭机制及防治要点,为临床诊断与防控实践提供了参考。
未来的防控工作应从多维度协同推进:一是深入研究牛支原体的耐药机制,加快新型高效抗生素、耐药逆转剂的研发,并攻克免疫持久性更强、交叉保护力更好的基因工程疫苗或弱毒疫苗;二是强化规模化养殖场的生物安全体系建设,推广标准化饲养管理技术,同时加强跨区域疫病监测与联防联控,从源头阻断病原传播。