【分享】最新概述：禽流感、肠道菌群和免疫之间的关系

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2022 年9 月，102021

图 1。(A) IAV 的病毒体结构和 (B) 基因组组织

AIV 的分类、形态和组成   

AIV 属于正粘病毒科，它们是单链八节负义 RNA ( -ssRNA ) 病毒，编码至少十种病毒蛋白。该家族分为 A、B 和 C 型流感的三个主要属和另外两个未知属，isisavirus和thogotovirus 。在其他流感病毒中，属于甲型流感病毒属的 AIV 传播最为广泛，其成员感染了禽类和哺乳动物物种。AIV 在形态上是可变的，这种可变性由基质蛋白 M1 控制。

病毒是多形的，大致呈丝状，长度为几微米或球形，大小为 80 至 120 nm（图 1）。任何形态形式的病毒粒子都被来自宿主细胞的脂质包膜包裹着，具有球状刺突或膜蛋白突起（图 1）。尽管基因组大小很小，但 AIV 已经进化出各种分子方法来表达来自单个基因片段的几种病毒蛋白。

AIV 的八个 RNA 片段应该编码十种蛋白质（Kang 等人，2021 年）。

甲型流感病毒根据其包膜蛋白、神经氨酸酶 ( NA ) 和血凝素( HA )进一步根据毒株或亚型进行分类。

目前，已知 NA 和 HA 分别有 9 种 (N1-N9) 和 16 种 (H1-H16) 亚型 。HA 和 NA 都可以引发亚型特异性免疫反应，防止由相同亚型引起的感染，并部分防止由不同亚型引起的感染 。

AIV的肠嗜性   

禽流感是一种世界范围的人畜共患病，通常伴随着家禽业的严重破坏以及流行病和大流行。众所周知，低致病性禽流感（LPAI）的家禽肠嗜性高于高致病性禽流感（HPAI），而高致病性禽流感（HPAI）与呼吸道上皮细胞的联系更密切。然而，由 HPAI H5N1 引起的感染对迁徙的大天鹅的肠道微生物群或粪便细菌群落的影响导致了 GIT微生物群的破坏结构由乳酸杆菌和气单胞菌等细菌属的优势修饰介导。粪便微生物组的这种组成和特征变化可能是由于肠道相关感染加剧疾病传播的有害影响。  

此外，高致病性禽流感 2016 H5N8 病毒对野鸭肠道上皮细胞的附着程度与低致病性禽流感 H4N5 病毒相当。 2016 年 H5N8 可能获得了与低致病性禽流感 LPAI 病毒平行的肠嗜性，而不会失去鹅/广东谱系的旧高致病性禽流感 HPAI 病毒的嗜肺性。

2016 H5N8 的肠嗜性升高意味着该病毒在野生水禽宿主中存在较长时间（Caliendo 等人，2020 年）。   

此外，H9N2 是对公共健康的重大威胁，因为它可能在以前没有驯化过的哺乳动物细胞中繁殖，并在人类中繁殖 HPAI 病毒被证明具有来自禽 H9N2 病毒的内源基因 。LPAI H9N2 亚型已达到人畜共患比例，导致火鸡、鸡、家鸭、鸵鸟和野鸡感染。因此，为了提高禽类的生产力和健康，减少和控制 H9N2 爆发可以在减少哺乳动物接触病毒方面具有关键优势。

图 2 鸡和鸭全身性高致病性禽流感 (HPAI) 感染与低致病性禽流感 (LPAI) 感染的定位在鸡中，肠道和呼吸系统中的蛋白酶使 LPAI 和 HPAI 复制成为可能，而在鸭子中，它们的肠道是 LPAI 复制和脱落的主要器官，而呼吸道是 HPAI 复制和脱落的主要场所。

AIV 的发病机制   

通过气溶胶飞沫通过呼吸道感染或通过口粪途径感染 GIT，AIV 在宿主细胞中引发感染和复制。HPAI 通过血流和淋巴管引起人和动物的全身性疾病，并可能攻击神经系统。从鸡和其他鸡类鸟类的血管内皮、心脏、胰腺、大脑和肾上腺中分离出的 HPAI H5N1 病毒由于内皮激活和破坏导致心血管损伤、白细胞激活伴随全身细胞因子释放、心肺衰竭和多器官损伤。  

病理学和临床发现因几个决定因素而异，鸡和火鸡的 LPAI 感染通常伴有轻度呼吸窘迫和产蛋量减少。有时可以观察到气管炎、鼻窦炎、气囊炎、肾炎、卵巢炎和输卵管病变伴卵子腹膜炎。HPAI 感染的临床症状可能在超急性疾病形式中不存在。还可能出现呼吸急促、咳嗽、打喷嚏、梳子和肉锤发绀、小腿出血、鼻孔出血、腹泻、盘旋、抽搐和死亡。病理性病变可能包括心包积水、肠系膜和心包浆膜出血、肺水肿、气管粘液、胃腺点状出血、体腔浆液性渗出物、胰腺坏死和非化脓性脑损伤。

图 3 共生微生物群抑制流感病毒感染的机制

AIV、肠道微生物群和鸡免疫反应

AIV 成功侵入粘液层，主要针对呼吸道和肠道上皮细胞，导致受感染细胞的快速杀死。病毒 RNA 由先天免疫系统的不同模式识别受体 ( PRR ) 识别，导致产生促炎细胞因子，例如 I 型干扰素 ( IFN )、趋化因子和类花生酸。如果先天免疫系统未能检测到 AIV，导致感染，则适应性免疫反应会对抗感染。  

至少三类 PRR 识别 AIV 的病原体相关分子模式 ( PAMP )，这些分子模式要么在病毒上发现，要么在感染过程中产生。这些受体是视黄酸诱导基因 I ( RIG-I )、TLR 和核苷酸寡聚结构域 ( NOD ) 样受体 ( NLR ) 。在 TLR7 识别 ssRNA 的情况下，病毒复制是不必要的，因为该受体可以识别基因组 ssRNA，导致骨髓分化初级反应 88 ( MyD88 ) 介导的转录因子核因子-κB ( NF-κB ) 或干扰素的激活调节因子 7; 这种激活导致促炎细胞因子和 I 型 IFN 的表达 。此外，TLR7 促进 B 细胞介导的针对 AIV 感染的抗体反应。目前，TLR8 在 AIV 感染中的意义尚不清楚。

流感感染会刺激巨噬细胞、呼吸道上皮细胞和肥大细胞中的 RIG-I。具有非功能性 RIG-I 变体的宿主表现出显着弱的抗病毒反应，表明 RIG-I 是宿主对抗 AIV 感染的主要途径之一。鸡缺乏RIG-I受体；尽管如此，鸡中的 MDA5 可以识别与 RIG-I 相同的配体。NLR 主要在胞质溶胶中表达并与不同的 PAMP 反应，导致丝裂原活化蛋白激酶、NF-κB 和 MAVS-IRF3 依赖性途径中的炎症反应。NLR 上响应流感病毒 NLRX1 的含有 Pyrin 结构域的蛋白 3 或 cryopyrin (NLRP3)、含有 NLR 家族 CARD 的蛋白 2 (NLRC2 或 NOD2) 是主要的 NLR。NLRP3 刺激 pro-IL-1β 和 pro-IL-18 的产生，NLRC2 和 NLRX1 都刺激 I 型 IFN 的合成。  

由微生物群的选择性成员释放的微生物配体，例如LPS，通常通过 TLR、IL-1R 或 TNF 受体刺激 pro-IL-18 和 pro-IL-1β（信号 1）的翻译和转录激活。在流感感染的细胞中，病毒产生信号 2，这是形成NLRP3 炎性体和刺激 caspase-1 所必需的，后者将 pro-IL-18 和 pro-IL-1β 切割成成熟形式。尽管据我们所知，尚未鉴定出与 NLRP3 相互作用的特定 PAMP，但流感病毒的配体，如 PB1-F2、M2 和病毒 RNA，以及正常微生物组的配体会启动 NLRP3 的激活。  

通过先天受体识别病毒之后，会快速刺激抗病毒效应反应，例如巨噬细胞和单核细胞分泌 IL-6、IL-1β 和 TNF-α 。先天的抗病毒反应触发病毒感染细胞分泌 I 型干扰素 。I 型 IFN 是抑制病毒复制和刺激参与先天免疫的细胞（尤其是树突状细胞）所必需的抗病毒效应物，从而促进适应性免疫的刺激。受体-IFN 结合导致Janus 激酶的刺激以及转录通路的信号转导和激活因子，导致数百个干扰素刺激基因 (ISG) 受到刺激。ISG 包括粘病毒抗性蛋白、IFN 诱导的跨膜蛋白、核糖核酸酶 L、2'-5'-寡腺苷酸合酶和 RNA 活化蛋白激酶、毒蛇素和苏氨酸，在针对 AIV 的免疫反应中发挥重要作用。

为 AIV、肠道微生物群和鸡免疫反应之间的相互作用实施鸡模型

AIV、GIT 微生物组和鸡免疫反应之间的相互作用如图 4 所示。

图 4     (A) 生机勃勃；一种平衡的环境“生态系统”表达了不同类型肠道微生物群的存在，共同提供肠道完整性并限制致病病原体如大肠杆菌的附着.

(B) 生态失调；解释在感染 AIV 期间，肠道微生物群的数量显着减少，而继发性病原菌的数量增加。此外，促炎细胞因子 IFN-?、IFN-α、IL-1β、IL-6、IL-22 和 IL-17A 的基因表达显着增加，而 MUC、ZO-1、Claudin 3、Occludin、 TFF2 和 Muc2（负责肠粘蛋白层和肠黏膜健康）显着降低，导致肠黏膜喷发，继发感染大肠杆菌，可能导致全身感染。

增强禽肠道微生物群  

长期以来，肉鸡行业一直依赖于通过日粮在鸡体内使用抗生素生长促进剂 (AGP) ，以提高饲料转化率并确保动物体重增加以及由于临床和亚临床感染导致的低发病率和死亡率 。AGP 的好处部分是由于在减少 GIT 中的总细菌负荷和抑制潜在病原体后调节宿主免疫反应。然而，抗菌素耐药性的日益蔓延（对抗生素的多重耐药性）和对公共卫生的相关威胁促使政府限制在农场使用 AGP。   

有许多安全、天然的物质已被证明有效，它们已被用于通过与鸡体内的各种病原体竞争来促进肠道健康和促进肠道微生物组的活动，包括草药提取物、精油、氨基酸、益生元、益生菌、合生元、外源酶、有机酸和通过绿色合成合成的纳米颗粒。

这些天然物质刺激鸟类的生长，提高它们的生产力和免疫力，促进病原体抵抗力，并确保生产具有高营养价值的有机禽类产品; 这些物质对人类食用是安全。

益生元是未消化通过 GIT 近端部分的化合物，可以诱导后肠定殖的有益微生物的生长或活动，从而改善宿主生理机能。大多数益生元属于低聚半乳糖、低聚果糖、棉子糖家族低聚糖和低聚甘露糖，并且不能被宿主消化。然而，肠道微生物群可以分解它们以产生短链脂肪酸，例如丙酸盐、乙酸盐和丁酸盐。  

益生菌是用作饲料添加剂，当以足够的量给药以促进 GIT 中存在的微生物成员之间的良好平衡时，它们会对健康产生有益影响。

有机酸及其盐因其营养价值和抗菌特性而广受欢迎，可对生长性能产生积极影响；它们可以以简单的一元羧酸（甲酸、乙酸、丙酸和丁酸）、带羟基的羧酸（乳酸、苹果酸、酒石酸和柠檬酸）或含有双键的短链羧酸（富马酸和山梨酸）的形式存在酸）；它们作为植物或动物细胞的正常成分广泛分布于自然界。有机酸有时以钠盐、钾盐或钙盐的形式出现，它们是饲料生产过程中的首选形式，因为它们比挥发性更强的酸形式更稳定、无味且更易于处理。   

通过绿色合成合成的草药提取物、纳米制剂和纳米颗粒通常被加入到家禽的饮食或饲料中，以提高它们的性能。这些化合物对肠道疾病、胃肠道完整性、营养物质消化率、免疫力和生产力的影响已在鸡身上进行了全面综述。

结论   

肠道菌群，包括不同种类的乳酸杆菌、布劳蒂亚双歧杆菌、粪杆菌、XlVa梭菌和厚壁菌门的成员，在预防和控制 AIV 和其他感染方面发挥着重要作用。

在 AIV 感染期间，促炎细胞因子如 IFN-γ、IFNα、IL-17A 和 IL-22 的表达显着增加。TFF2、MUC、ZO-1、claudin 3 和occludin的表达显着降低，导致黏膜完整性降低和炎症反应增加，导致严重的肠道损伤和生态失调。   

病原体可以侵入肠道，引起全身反应。因此，在饲料中使用含有益生菌、益生元、合生元、草本提取物、精油、必需氨基酸、有机酸和外源酶的饲料补充剂可增强肠道局部免疫力，确保肠道黏膜健康，减少感染肠道菌群的机会以及减少H9N2 AIV 等病原体。

来源：鸡保姆，中南山编译整理。致谢本文原作者：Mohamed E. Abd El-Hack *Mohamed。T. El-Saadony  Abdulmohsen H. Alqhtani  Ayman A. Swelum   Heba M. Salem  Ahmed。R. Elbestawy   Ahmed E. Noreldin  Ahmad O. Babalghith   Asmaa  .Khafaga  I. Hassan  Khaled A. El-Tarabily