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引言
布鲁菌病(Brucellosis),简称布病,是一种由布鲁菌引起的人畜共患传染病。布鲁菌可感染牛、猪、山羊、绵羊和狗等多种动物,人类通常通过直接接触被感染动物或其产品,或通过摄入被污染的动物产品而感染。在人类中,布病的主要症状包括长期发热、多汗、乏力、关节和神经疼痛,以及生殖系统炎症等,严重时可能导致劳动能力丧失和全身多个系统的损害。对于牲畜,布病可导致流产、死胎、不孕、跛行和睾丸炎等症状,严重影响畜牧业的发展。
布病最初在 1860 年于地中海地区,特别是马耳他岛被发现。目前,布病的流行几乎遍及世界各地,尤其是在牧区和半牧区更为严重。根据世界卫生组织的数据,全球约有 200 个国家和地区报告有人畜间布病疫情,其中近 170 个国家和地区有人畜间布病疫情的报告。各大洲的布病疫情分布不均,例如拉丁美洲、欧洲、亚洲、大洋洲和非洲均有不同程度的疫情报告。具体到各大洲,布病的发病率在不同国家和地区之间存在较大差异,例如欧洲某些国家的发病率高达 21.46/10 万,而一些地区的发病率则相对较低。在流行规律方面,布病呈现明显的季节性和职业特征。人畜间布病病例主要集中在每年的 3~8 月,其中 5~6 月为发病高峰期,表现出明显的季节性特征。此外,布病的感染和发病具有明显的地区差异,一般牧区和半牧区高于农区,农区高于城镇。感染布病的主要途径包括接触染疫的牲畜或其污染物,通过皮肤粘膜接触、消化道、吸入等方式传播。布病的传染源主要是病畜(羊、牛、猪等),人由于接触染疫的牲畜或其污染物而感染。
为了有效地开展布鲁菌病的防控工作,需对该病流行现状进行调查和研究,以便针对性地开展防控工作。与此同时,还需要快速、准确、灵敏的诊断方法开展疫病的监测和诊断工作,了解布鲁菌病的流行现状,可为该病的防控工作提供数据参考。当前,布鲁菌病诊断方法有病原学诊断、血清学诊断。
本文对我国人间和畜间布鲁菌病的流行现状和诊断方法的研究现状进行综述,希望为布鲁菌病的新型诊断技术和防控方法的完善提供参考。
1 流行现状与分析
1.1 人间布鲁菌病流行情况
通过中国统计年鉴查找了 2016-2023 年人间布鲁菌病发病数及发病率,通过公共卫生科学数据中心查找了 2016-2020 年人间布鲁菌病不同时间、地区以及不同年龄的发病情况,并分析其流行原因。近年来,我国人间布鲁菌病的发病数一直居高不下,尤其 2021 年发病率显著上升,发病数将近 7 万,到 2023 年发病数仍未下降反而增加到 70439 例。
按地区进行统计,发现我国内蒙古和新疆地区人间布病发病数较高,分析其原因,可能与这些地区密集养殖牛羊等布鲁菌主要宿主动物有关。从事畜牧工作的人员,如牧民、兽医和屠宰场工人,由于职业原因与动物接触频繁,增加了感染的风险。另外,一些地区如放养家畜的牧区等可能存在食用未经充分加工的动物产品(如生乳或未煮熟的肉类)的习惯,这增加了通过食物链感染布鲁菌的机会。草原和牧场的环境也有利于布鲁菌的存活和传播。其次,这些地区的人们对布病的认识不足、防控措施不力或疫苗接种率不高,也会导致疾病流行。
不同年龄发病数的统计中,40~60 岁年龄的人群发病率较高,尤其是 45~50 岁年龄段的人群发病数更高。分析原因,首先这个年龄段的个体正处于职业生涯的高峰期,如果从事与动物接触密切的工作,如畜牧业、屠宰业或兽医行业,他们更容易因职业暴露而感染布鲁菌。在农场工作或参与其他与动物有关的活动的人往往在这个年龄段的人员较多,他们有更多的机会接触到潜在的感染源而发病。其次,40~60 岁年龄段的人的免疫机能相比更年轻的人要差一些,也更容易被感染致病。
我国布鲁菌病在每年不同月份的发病数统计发现,2016-2020 年,每年的 4、5、6、7 月的发病数明显高于其他时间,呈现明显的季节性变化,在夏季高发。温暖的季节通常有利于细菌的繁殖和存活,夏季的高温和湿度为布鲁菌提供了更适宜的环境。许多动物在春季和初夏繁殖,包括布鲁菌的宿主动物如牛、羊等。分娩期间的动物更容易排出布鲁菌,增加了感染风险。夏季是农业活动频繁的时期,人们与动物接触的机会增多,尤其是在畜牧业和乳品加工中,增加了感染布鲁菌的机会。另外,在夏季降雨增多,导致动物排泄物中的布鲁菌更易通过水体传播。
1.2 动物间布鲁菌病流行情况
1.2.1 家畜间流行情况
我国最早于 1905 年报道了畜间布鲁菌病,现已在全国 29 个省市区发现有不同程度的流行。2006-2017 年我国畜间布病流行趋势整体呈现先上升后下降趋势,每年的 5~6 月份为发病高峰期,表现出明显的季节性特征;空间分布上,主要集中在内蒙古和新疆等北方省份,但目前已出现向南方省份扩散的趋势;群间分布上,布病感染动物以绵羊为主,其次为牛。黄晓兵等研究者于 2018-2022 年,在浙江 6810 个羊场点采集了 375433 份血清学样品,使用虎红平板凝集试验和试管凝集试验对羊血清中布鲁菌病抗体进检测。结果表明,5 年来浙江省羊布病防控成效明显,阳性率呈整体下降趋势。范仲鑫等调查了湖南全省 2014-2022 年间的 22544 个场点的 594180 份血清样品内布病抗体检出情况,结果共检出阳性样品 4381 份,个体阳性率为 0.74%,检出阳性群体 471 个,平均群体阳性率 2.09%;羊、牛、猪的个体阳性率分别为 0.91%、0.24%、1.01%,群体阳性率分别为 2.48%、0.86%、1.96%,2016 年检出的阳性场点数最多,夏季 6~8 月份阳性检出数量最多;相对牛场和猪场,羊场的群体阳性率最高。
2018-2022 年,王俊琴等对内蒙古包头市白云鄂博矿区 38 个养殖户的羊群进行了布病抗体检测,共检测血清 5435 份,检出阳性血清 25 份,平均个体阳性率为 1.83%;其中阳性养殖户 3 家,场点平均阳性率为 5.36%。2019-2022 年,李志贤等对广西贺州市部分猪、牛、羊规模场开展布病血清学监测。结果显示,猪场的群布病阳性率为 0,牛为 1.00%,羊为 3.86%;猪个体阳性率为 0,牛为 0.03%,羊为 0.88%。总之,近几年的牛、羊群阳性率有所上升,其中羊群感染率尤为突出。从部分地区畜间布病阳性率数据可见,在 5 年内这 4 个地区的每年的布病阳性检出率呈现增高再降低的趋势,2020-2021 年的阳性率较高。这与人间布鲁菌病发病率的高峰期相对应。同时也说明,采取的防控措施已起到较好的抑制疫病传播的作用。
1.2.2 宠物间流行情况
我国于 1984 年和 1992 年分别从犬体内分离到犬种布鲁菌和羊种布鲁菌,近年来,我国越来越多省(市)地区有犬布病感染的相关报告,表明在我国犬布鲁菌感染呈上升趋势。薛玉平等在 2007-2009 年对甘肃省部分市、县的犬进行了犬布鲁菌病血清学和临床调查,阳性率为 14%。袁田慧子于 2013 年和 2014 年在湖南省收集了共 870 份犬血清,分别采用不同的方法进行了布鲁菌血清学调查,结果发现,2013 年犬布鲁菌病阳性率为 7.04%,2014 年犬布鲁菌病阳性率为 4.59%。黄迪海等对 2016-2017 年间济南市 5 个辖区所采集的 502 份犬血样进行光滑型(猪、牛、羊种)和粗糙型(犬种)布鲁菌抗体检测,结果显示,济南市犬布鲁菌光滑型、粗糙型抗体阳性率分别为 8.76%、1.99%。2018-2019 年孙创业对沈阳地区犬 201 份和猫 171 份血清用虎红平板凝集试验进行布鲁菌抗体的检测,有 14 份犬血清检测结果为阳性,感染率 6.97%,有 3 份猫血清检测结果为阳性,感染率 1.75%。
吴洪超等于 2018-2020 年从我国 16 个城市收集 1368 份宠物犬血清,采用虎红平板凝集试验(Rose Bengal plate agglutination test, RBT)进行检测,其中来自北京市、洛阳市、常州市、成都市、重庆市和昆明市共 6 个城市的宠物犬血清检测到布鲁菌抗体,阳性率分别为 0.79%、1.10%、2.56%、3.96%、3.57% 和 6.90%。2021 年唐艳荣等对北京朝阳区犬进行了布鲁菌流行病学调查,阳性率为 0.265%。同年,赵冉等对厦门市 32 家动物诊疗机构中采集的 304 份宠物犬猫血清及对应的全血样品进行抗体及核酸检测,304 份犬猫血清中,共检出犬阳性 4 份,阳性率为 2.3%;猫阳性 2 份,阳性率为 1.5%。核酸检测未检测出布鲁菌阳性。从上述报道的宠物间布病流行情况来看,血清学检测阳性的动物可能曾经感染过布鲁菌或注射过疫苗,一些抗体阳性的动物不能检测到细菌的核酸,意味着感染已康复或有疫苗免疫史。宠物作为人类的伴侣动物,其感染布鲁菌更容易传染主人,因此,要定期检测,做好布病防疫。
2 诊断方法
2.1 布鲁菌病现有实验室诊断方法
目前,布鲁菌病的实验室诊断方法主要有病原学检测和血清学检测。其中细菌培养被认为是诊断金标准,但其检测周期长、阳性率低、对实验室要求较高。分子生物学方法即核酸扩增检测,数小时内即可检出布鲁菌,灵敏度和特异度较高。核酸扩增检测的方法包括传统 PCR 技术、巢式 PCR、实时荧光定量 PCR、多重实时荧光定量 PCR 等。多重实时荧光定量 PCR 检测效率较高,检测样本中布鲁菌的准确性明显优于传统检测方法,还可鉴别布鲁菌种类和疫苗菌株。针对布鲁菌细胞质蛋白基因如 omp2、omp31 和 omp28/bp26 进行检测,灵敏度和特异性高,在检测标本中仅有少量布鲁菌方面,比菌体培养和血清学检测方法具有优势。其他布鲁菌特定的基因片段还有 IS711 或 IS650、16S~23S rRNA 等片段、但检测结果阳性有可能是隐性感染或既往感染(治愈后)。因此,应用核酸扩增法诊断布鲁菌病时,还应结合患者临床症状和流行病学特征,且核酸扩增检测方法受仪器设备限制,较难普及。
血清学检测主要是通过血清学方法检测患者血清中的特定抗体。感染初期血清 IgM 水平升高,约 1 周后 IgG 水平升高,而后抗体效价随病程改变而异。目前我国规定的布鲁菌病标准诊断方法有缓冲平板凝集试验(buffered plate agglutination test, BPAT)、虎红平板凝集试验、试管凝集试验(rose bengal plate agglutination test, SAT)、酶联免疫吸附试验(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)、补体结合试验(complement fixation test, CFT)、胶体金免疫层析试验(colloidal gold immunochromatographic assay, GICA)、抗人免疫球蛋白试验(direct antiglobulin test, DAT,也称 Coomb's test)、荧光偏振免疫分析法(fluorescence polarization immunoassay, FPIA)等。BPAT 检测方法具有较高的敏感性和特异性,尤其在慢性个体临床诊断过程中表现出色,能够有效地检测出高 IgG 抗体水平的个体。在我国,自 2007 年起,BPAT 已被纳入《布鲁氏菌诊断标准》和《中华人民共和国卫生行业标准 WS269-2007》,与 RBT 和 SAT 一同成为官方推荐的检测方法。RBT 是通过观察虎红平板凝集抗原与待检血清混合后是否出现肉眼可见的凝集反应来判断结果,操作快速方便;GICA 则使用预包被有布鲁菌抗原的测试卡。
通过待检血清与胶体金标记的抗体结合后在测试区是否出现红色线条来判断,具有操作方便、不需要任何仪器、样本基本不需做前处理的特点,检测结果易于判定,具有较高的灵敏度和特异性,一般只需 5~10 min 即可得出结果,实用性较强;SAT 是通过观察待检血清与布鲁菌抗原混合后在试管中是否出现凝集反应来判断,但试验需要时间较长,判断结果有主观性;ELISA 是通过测定待检血清中特异性抗体与酶标抗原结合后产生的光吸收值来判定结果,敏感性和特异性强,也是布鲁菌病诊断的常用方法;CFT 则通过补体与抗原 - 抗体复合物结合后引起的溶血反应来检测血清中的抗体;抗人免疫球蛋白试验(Coomb’s)是在试管凝集试验的基础上,加入抗人免疫球蛋白血清来增强凝集反应,用于检测和确认阳性结果。免疫分析法是国际贸易中指定的检测方法之一,敏感性和特异性良好,反应时间短,与 ELISA 方法相比省去了洗板和孵育的时间,是布鲁菌病抗体监测的好方法,但需要配置较贵专用仪器,不适合基层推广。另外,出入境检验检疫行业标准中的全乳环状试验在大面积的奶牛布病检测中显得更为适用。常用的几种方法的诊断结果判定标准如下:SAT 滴度为 1∶100 及以上,或者患者病程持续一年以上且仍有临床症状者滴度为 1∶50 及以上;CFT 滴度为 1:10 及以上 Coomb's 滴度为 1∶400 及以上。但由于布鲁菌抗体的种类和效价因病程不同而异、抗体检测的界值难以确定,所以血清学诊断方法在灵敏度和特异性上仍存在一定的局限性。
2.2 布鲁菌病诊断新进展
最新发展的基于 CRISPR/Cas12a 的快速核酸检测方法、方便快捷的 LAMP 扩增法和具有高效时效性和准确性的二代测序技术为临床人和动物感染布鲁菌的快速诊断提供了更多的方式;MicroRNAs(miRNAs)作为生物标志物进行疾病诊断的方法是最前沿的技术进展;与布病感染相关的炎性标志物和蛋白在布鲁菌病的诊断方法研究中起到重要的作用。
2.2.1 分子生物学方法
RPA-CRISPR/Cas12a 快速核酸检测方法是将 CRISPR/Cas12a 系统与重组酶聚合酶扩增技术(recombinase polymerase amplification, RPA)相结合建立的快速诊断布鲁菌感染的方法,有研究者通过实时荧光定量检测系统、荧光成像仪、核酸检测试纸条三种检测途径的对比,进行布鲁菌感染快速诊断和野毒株与 S2 疫苗株的鉴别诊断,可在 30 min 内实现患者血清样本中布鲁菌 DNA 的检测。三种检测途径的灵敏度分别为:10 copies/μL(RPA-CRISPR/Cas12a - 实时荧光定量),10 copies/μL(RPA-CRISPR/Cas12a - 荧光成像),100 copies/μL(RPA-CRISPR/Cas12a - 试纸条)。RPA-CRISPR/Cas12a 快速核酸检测方法诊断结果的观察,无论使用哪种检测途径,结果均高于普通 RPA 和荧光定量 RPA。该方法快速、简便、灵敏度高、特异性强,通过荧光成像和试纸条检测可用于资源贫乏、布病高发地区的布鲁菌核酸快速检测。
张萌等基于布鲁菌保守基因 Omp2a,利用在线网站设计 3 对引物,并优化其反应条件与反应体系,建立了一种检测布鲁菌的可视化 LAMP 方法。该方法能准确区分布鲁菌与非布鲁菌,检测限为(2.56 ×10^{-4} ng / mu L),扩增 45 min 即可肉眼观察到检测结果。这种方法不仅具有高特异性,能够在短时间内完成检测,而且结果可以通过肉眼观察白色沉淀或绿色荧光来判断,非常适合现场和基层的快速检测需求。二代测序技术可检测样本中所有 DNA 微生物,在中枢神经系统感染的鉴别诊断中具有重要作用。有研究报道了 8 名临床特征、病史、病程以及实验室和影像学检查结果各有差异的患者均在 4~8 d 内通过脑脊液样本的二代测序成功检测到了布鲁菌,经过综合性治疗,其中 7 名患者达到了完全康复的状态。这项技术以其高效的时效性和准确性,在诊断布鲁菌引起的局部感染,如脑脊液和关节液等,显示出了其独特的优势。然而,二代测序的实施对技术和设备有着较高的要求,并且成本相对较高,这限制了它在更广泛临床应用中的普及。仅适用于需要精确诊断的特定临床情况,为复杂的或难以诊断的感染病例提供解决方案。
2.2.2 诊断标志物研究进展
许多科研工作者对布鲁菌感染机体进行 miRNAs 分析,以期能发现诊断布鲁菌病的标志物。Zhu 等构建了布鲁菌 Omp25 缺失突变体(M5-90-Δomp25),并对感染的 RAW264.7 细胞进行了 miRNAs 分析,确定了 8 个差异表达的 miRNAs(mmu-miR-146a-5p、mmu-miR155-5p、mmu-miR-3473a、mmu-miR-149-3p、mmu-miR-671-5p、mmu-miR-1224-5p、mmu-miR-1895 和 mmu-miR-5126),这些 miRNAs 可能是布病的潜在诊断标志物。lncRNAGm28309 参与调节布鲁菌诱发的炎症,Gm28309 的过量表达可通过抑制 miR-3068-5p 来抑制 p65 的磷酸化过程,当 Gm28309 过度表达或 miR-3068-5p 或 p65 被抑制时,细胞内布鲁菌的数量则更多,但是这可以被 miR3068-5p 的模拟物所逆转,推测 lncRNAGm28309 可能是布病的潜在诊断标志物。发现的上述潜在诊断标志物 miRNAs 可用于未来新型布病诊断方法开发中。
Tian 等研究了布鲁菌感染中的主要免疫原性蛋白,包括 OMP16、BP26、BLS、BCSP31、VirB12、SodC 和 GroEL。通过动物感染模型评估了这些蛋白在抗体产生中的表现,并探讨了它们在布鲁菌病诊断中的应用。发现 BP26 和 BLS 是最佳的免疫原性蛋白,但在临床应用中存在与布鲁菌阴性血清的交叉反应,可能导致误诊。Aktar 等研究了在布鲁菌性关节炎患者中,平均血小板体积(mean platelet volume, MPV)、血小板分布宽度(platelet distribution width, PDW)、红细胞分布宽度(red cell distribution width, RDW)、中性粒细胞与淋巴细胞比率(neutrophil-to-lymphocyte ratio, NLR)和血小板与淋巴细胞比率(platelet-to-lymphocyte ratio, PLR)等炎症标志物的诊断价值。结果显示,与健康对照组相比,布鲁菌性关节炎患者的这些生物标志物显著升高,表明它们可能是诊断布鲁菌性关节炎的有用指标6。Korkmaz 等对比了布鲁菌性附睾 - 睾丸炎(Brucellar epididymo-orchitis, BEO)和非布鲁菌性附睾 - 睾丸炎(non-brucella epididymo-orchitis, NBEO)的临床特征和诊断标志物。发现 BEO 患者通常较年轻,没有脓尿或脓肿形成,而 NBEO 患者中这些症状更为常见。
C 反应蛋白(C-reactive protein, CRP)水平在两组间没有显著差异,不能用于区分 BEO 和 NBEO6。Qiang 等分析了 328 例布鲁菌病患者的数据,研究了细菌培养特性、临床诊断方法和并发症。确定了 CRP 作为布鲁菌病的感染生物标志物,具有较高的敏感性和特异性6。Canpolat 等研究了血清中的 apelin、presepsin 和 irisin 水平与布鲁菌病的炎症、实验室参数和血培养之间的关系。发现 irisin 水平在布鲁菌病患者中显著升高,并可能作为布鲁菌感染的诊断标志物。Bai 等研究了 6 种重组布鲁菌外膜蛋白(omp10、omp16、omp19、omp25、omp31 和 BP26)作为诊断抗原的潜力。BP26 和 omp31 显示出作为布鲁菌病临床诊断的候选抗原,具有较高应用价值。作为布病诊断标志物的 miRNAs 和免疫原性蛋白的发现为人畜间布病的快速诊断方法的建立提供支撑。
3 展望
布鲁菌病(Brucellosis)是一种由布鲁菌属细菌引起的人畜共患疾病,对公共卫生和畜牧业构成了重大威胁。尽管近几年布病发病率维持在一个相对较稳定水平,但总体来看,每年的发病数量仍然较高,未呈现显著性下降趋势。因此,布病防治任重道远,需要强化政府领导和各部门职责,加强公众对布鲁菌病的认识和教育,提高公众、特别是高风险职业群体对该病的了解,是预防和控制疾病的关键。建立和完善疾病监测网络,确保疫情数据的准确性和时效性,为疾病控制提供科学依据。
推广有效的疫苗接种计划,加强动物健康管理,减少动物间布鲁菌的传播。发展更快速、准确、易于操作的诊断技术,提高布鲁菌病的早期诊断能力。为从事畜牧业、屠宰业、兽医等高风险职业的人群提供必要的防护措施和培训。加强食品安全监管,确保动物产品经过适当的处理,减少通过食物链传播的风险。促进卫生、农业、食品安全等部门之间的合作,形成联合防控机制。考虑到气候变化可能对疾病传播模式的影响,需要研究和预测气候变化对布鲁菌病流行病学的影响,并制定相应的应对策略。鼓励社区参与疾病预防活动,通过教育提高社区成员的自我保护能力,加强国际合作,共享研究成果和防控经验,共同应对布鲁菌病的全球挑战。加大对布鲁菌病基础研究和应用研究的投入,探索新的治疗药物和防控策略。制定和实施有效的公共卫生政策,为布鲁菌病的预防、控制和治疗提供政策支持。期待在未来能够显著降低布鲁菌病的发病率,减少其对人类和动物健康的影响,并逐步实现对这一重要人畜共患病的有效控制。
谭兴智,烟台黄渤海新区农业与海洋渔业局,202405