家禽中肠炎沙门氏菌受鸡沙门氏菌竞争排除

Wolfgang Rabsch,* Billy M. Hargis,** Ren† e M. Tsolis,** Robert A. Kingsley,** Karl-Heinz Hinz,*** Helmut Tschäpe,* and Andreas J. Bäumler**
*Robert Koch Institute, Wernigerode, Germany; **Texas A&M University, College Station, Texas, USA; ***School of Veterinary Medicine, Hanover, Germany

袁萍译

Chinese Translations - 中文译本 > Volume 6 - 第6卷

Article in English

在二十世纪后半叶，肠炎沙门氏菌被看作是一种主要与鸡蛋有关连的病 原体。英格兰，威尔士和美国的流行病学调查显示，由于家禽中沙门氏菌被消灭，肠炎沙门氏菌填补了由此产生的生态学空缺，导致人类传染病中一种流行病的增 加。对德国的流行病学调查资料进行回顾性分析以检验这种假设以及论证人群肠炎沙门氏菌的数目与家禽中鸡沙门氏菌的流行呈反相关。结果显示，大量的人类肠炎 沙门氏菌病例与流行在家禽中的沙门氏菌相关连。在二十世纪初期，将流行病学与人类生态学结合的数学模型显示，家禽中沙门氏菌竞争性地排除肠炎沙门氏菌。

适应于鸡群的包括鸡沙门氏菌和鸡瘟沙门氏菌两种生物型的鸡沙门氏菌血清型，是20世纪早期欧洲和美洲鸡群中的地方病（1）。为了减轻家禽业的经济损失，在美国（国家家禽改进计划, 1935）、英国和威尔士（家禽贮存改进计划, 1939）制定了相应的控制这种疾病的国家监测计划。除了家禽和水栖禽类，鸡沙门氏菌没有其他动物宿主，因此，1970年在这些监测计划指导之下，美国、英国和威尔士实施的检验和屠宰方法导致鸡沙门氏菌从商贸家禽中彻底消灭（1,2）。当时，感染肠炎沙门氏菌血清型的病例数（抗原方程式为09,12：-：-）在这些国家开始增加（3,4）。80年代在欧洲和美洲，肠炎沙门氏菌被看作是一种影响食物安全的主要因素（5）；1990年美国频繁报告了沙门氏菌血清型（6）。在欧洲和英国，绝大多数肠炎沙门氏菌爆发与未完全烹饪熟的鸡蛋类食物有关（7-10）。鸡蛋可因接触鸡粪后经壳上的小裂缝带菌或通过卵巢感染（11）。因此，产卵母鸡是肠炎沙门氏菌在欧洲和美国流行的确切来源。

家禽中鸡沙门氏菌感染的发生率和人群中与鸡蛋相关的肠炎沙门氏菌感 染之间的逆向关系提示了这样一种假设，由于家禽中鸡沙门氏菌被消灭，肠炎沙门氏菌填补了由此所致的外周生态学位置的空缺。基于在三个大陆时发现肠炎沙门氏 菌是主要与鸡蛋有关的病原体这一现象，以上假设提示在不同地理区域人群肠炎沙门氏菌病例的流行增加可以追踪到共同起源（5）。单从流行的角度分析，西欧的流行和美国的流行之间的联系不明显。绝大多数来自英国和威尔士的病例是感染肠炎沙门氏菌噬菌体4型（PT4），而绝大多数的美国病例是感染PT8和PT13a（13，14）。如IS200图谱、核酸型和经脉冲场琼脂电泳方法分离提示基因DNA的限制性片段长度多态性那样，PT4克隆在遗传性方面与PT8和18a不同（15）。在欧洲和美洲不同分枝系孤立存在的原因是未知的。肠炎沙门氏菌很可能是从它的啮齿动物宿主传播给家禽的（12）。优势噬菌体类型在地理分布上的差异可以反映这样的事实：在欧洲和美国，当肠炎沙门氏菌传播到家禽时，在啮齿动物群中不同菌株是固有种群。后来具有最高可遗传性的菌株在每个大陆的家禽中成为优势株。一种解释认为PT4在英国和威尔士的优势在于80年代早期它传播到家禽的繁殖路线（16），这条路线可能加速了产卵母鸡中PT4的流行速度以及导致它在英国和威尔士人群中成为优势。不过，对致使肠炎沙门氏菌流行开始的确切因素，应该与那些在家禽业内部继发蔓延中扮演重要角色的因素分开来考虑。这些因素对PT4不是特异的，相反允许不同噬菌体类型在不同大陆的同一时期内象鸡蛋相关病原体的发现（5）。

上述的因素可能灭绝来自家禽的鸡沙门氏菌，这将促进肠炎沙门氏菌菌株在这个无视噬菌体类型的动物宿主内循环。实验证据显示假如两种病原体的细胞表面有相同的免疫优势O-抗原，用一种沙门氏菌血清型使之免疫后可以产生交叉免疫对抗另一种血清型（17-19）。鸡沙门氏菌和肠炎沙门氏菌脂多糖的免疫优势抗原决定部位为09-抗原，该抗原是一种O-抗原复制的3,6-二脱氧-D-甘露糖剩余物（20）。用鸡沙门氏菌使小鸡免疫化保护其免于肠炎沙门氏菌的定殖，但对鼠伤寒沙门氏菌，表达一种不同免疫优势决定要素（O4-抗原）的血清型没有作用（23）。理论上认为在一个动物群体中鸡沙门氏菌与肠炎沙门氏菌的共存促使竞争，如共享免疫优势O9-抗原产生了交叉免疫一样。数学模型预测两种血清型之间的这种竞争导致的最可能的结果是高传播成功的血清型将竞争地排除来自同一宿主群体的另一血清型（24-26）。在20世纪初期，鸡沙门氏菌可能产生了广泛的群体免疫力以对抗O9-抗原，从而防止了肠炎沙门氏菌菌株在家禽群中的循环（12）。 这些假设是建立在美国、英国和威尔士的流行病学调查分析基础之上。为了正式检验这些假设，我们分析来自德国的流行病学资料以判断人群肠炎沙门氏菌病例数与 报道的家禽中鸡沙门氏菌病例数是否呈反相关。使用数学模型判断我们的假设与关于可传染性和家禽群体免疫性的推理是否一致。

在德国，肠炎沙门氏菌与鸡沙门氏菌的反相关

在西德，1973年到1982年间人群肠炎沙门氏菌病例数由一个国家监测系统所监控（图）。Zentrales Überwachungsprogram Salmmonella, ZÜPSALM）。1975年起，人图（A）英国、威尔士（实心方块）（2,27）以及联邦德国（空心方块）（28）鸡群中鸡沙门氏菌感染。（B）英国、威尔士（实心方块）（3,29）以及联邦德国（空心方块）（Zentrales Überwachungsprogram Salmonella，ZÜPSALM）每年人群中肠炎沙门氏菌感染的报告病例数。

群感染数开始增加，预示着肠炎沙门氏菌在西德流行的开始。1983年，ZÜPSALM计划由一个公共卫生部门（Bundesgesundheitsamt）实施的国家食物源性疾病爆发监测系统所代替（Zentrale Erfassung von AusbrÜchen lebensmittelbedingter Infektionen, ZEVALI）。在这个计划实施的第一年，肠炎沙门氏菌共爆发62次，绝大多数原因可追溯到未加工的鸡蛋。1988年，肠炎沙门氏菌爆发数增至1,365。

(Chart graphic here)

 1967年在英国和威尔士，家禽，特别是鸡，成了人类通过食物感染肠炎沙门氏菌的主要途径（3），在这以前，仅偶尔能从家禽中分离出这种生物体（3）。据记载人群肠炎沙门氏菌病例数从1968年开始持续增加，1994年到达高峰（12,16）。因此，人群肠炎沙门氏菌在英国和威尔士流行可能开始于使这种生物体与人类食用鸡产生关联之后的1968年。从1982年到1988年，英国和威尔士人群病例数的快速增加可能是由于PT4传播到家禽繁殖路线（16）之故。与来自英国和威尔士的资料相比，西德肠炎沙门氏菌出现时间稍晚一些（图）。

鸡沙门氏菌被消灭是肠炎沙门氏菌作为一个食源性病原体出现的促进因素之一（12）。为了确定商贸禽群中适合于鸡的沙门氏菌血清型消除的延迟是否与德国人群中流行开始较晚有关，我们比较了德国与英国以及美国对家禽进行的调查结果。30年代的控制计划导致美国、英国和威尔士家禽中鸡沙门氏菌发生率的稳定下降（1,2,12）。70年代早期在英国和威尔士，每年仅有少量的鸡沙门氏菌病例报告到兽医研究中心（27）。在德国，1929年由公共卫生部门（Reichsgesundheitsamt）实施的第一次国家调查结果显示，16.3%的禽鸡沙门氏菌血清学试验呈阳性（30）。相隔20年后在西德一个省（SÜdbaden）对6,313只禽进行血液检查，仍然是19.5%呈阳性（31）。1949年鸡沙门氏菌的这种高流行可能反映了这样的事实，即第二次世界大战后，可利用的资源都直接用于复新家禽产业而不是增进疾病控制。在西德，鸡沙门氏菌流行下降相对缓慢这一事实通过家禽的病例报告数据得以更进一步阐明。从1963年1981年，西德兽医实验室明确认定的从鸡肉分离出的鸡沙门氏菌的数量由一个监测方案报告（28）。在这期间，英国和威尔士鸡沙门氏菌病例数减少的频率明显大于来自西德的报告（图）。在每个国家，鸡沙门氏菌病例数都与人群肠炎沙门氏菌病例数呈相反关系。这些数据与家禽中鸡沙门氏菌消除相对延迟的考虑趋于一致，这可能对西德肠炎沙门氏菌流行的延迟发生起了作用。

肠炎沙门氏菌受鸡沙门氏菌竟争排除

为了预测鸡群中鸡沙门氏菌的流行是否高得足以产生群体免疫来对抗肠炎沙门氏菌，我们依据数学模型分析了结合流行病学与人口生物学的流行病学资料（24-26）。一个病原体的传播成功通过它的基础病例-再生数（R₀）测量，R₀等于在一个易感宿主群体中，从一个原发病例获得感染的第二代病例的平均数（32）。在直接传播中，一个病原体的基础病例-再生数直接与持续时间（D）成比例，D表示一个感染宿主因感染致死或是在清除感染之前能传播这种疾病的期限；ß表示这种疾病通过一种感染动物传给易感宿主的概率；X则表示易感宿主的密度（24）。

R₀= ßDX （公式 1）

当一个病原体被传播给易感宿主群体后，感染减弱的再生率象一个分数移动的结果，y表示易感群体，X表示因疾病致死或是获得免疫这两种情况中的任一种。这样，有效的病例-再生数（R）将比基础病例-再生数R₀小。

R= ßD（X-Xy）= R₀ -R₀y （公式 2）

在一个局部国家，每个原发感染病例平均起来产生一个续发病例。因此在一个稳定的局部区域，有效的病例-再生数为R=1。解公式2 得到（33）

R₀=1/（1-y） （公式3）

既然20世纪初期鸡沙门氏菌是家禽群体中特有的，它的基础病例-再生数R₀可以依据在控制措施实施前收集到的流行病学数据进行计算，通过估计这个分数，y表示从易感群体中移居的禽。 探测抗鸡沙门氏菌抗体最早的方法是1913年引入的肉眼试管凝集试验（34）。1931年，这种试管凝集试验被适合染色抗原的简便玻片凝集全血试验部分替代（35）。1914年到1929年进行的最初的调查显示，在欧洲和美国的家禽中平均有9.8%到28.8%试管凝集试验为阳性（1,30,36）。但这些数据不提供关于免疫动物数目的准确估计，因为两种血清学试验都相对欠灵敏（37）。但是，易感禽的数目可以对照血清学调查结果和接种疫苗试验的数据进行估计。仅有一小部分（大约10%）的鸡用鸡沙门氏菌疫苗菌株9R免疫化后所产生的抗体效价升高到能被全血试管或玻片凝集试验检测出（20,23），单纯口服或皮下接种疫苗后，面对致命的鸡沙门氏菌的挑战，具有保护作用的禽的数目比例大约高到60%（23,38）。本世纪初试管或玻片凝集试验结果（分别有9.8%和28.8%的鸡为阳性）提示至少60%对鸡沙门氏菌具有免疫力。不仅是后天获得性免疫，在大多数的鸡群中，当时的大部分饲养场现存的抗体阳性者可能发生的死亡也减少了易感宿主的密度。例如，1930年在匈牙利被调查的144个饲养场中，仅有9个未发现鸡沙门氏菌阳性禽（39）。自然爆发的死亡率为10%~50%（虽然偶尔会更高一些）（40）。按保守的估计，一个鸡群中90%的个体将在一次爆发后幸存，而生存者中大约有60%将获得保护性免疫，这时鸡沙门氏菌的基础病例-再生数R₀被估计为2.8。

肠炎沙门氏菌不能通过引发死亡来实质性减少易感动物的密度。因此，它的基础病例-再生数可以依据在肠炎沙门氏菌流行高峰期内残存的易感禽的数量进行估计。肠炎沙门氏菌感染的禽群中抗体滴定量普遍太低以致不能用试管或玻片凝集试验进行检测（37,41），推测这是因为这种血清型移居禽普遍没有发生疾病，以致没有刺激产生一个显著的免疫应答。减毒活肠炎沙门氏菌aroA疫苗不产生用试管或玻片凝集试验可检测的抗体滴定量（42），以及用这种疫苗口服免疫不保护用野株型的肠炎沙门氏菌产生的器官移生（43）。因此，暴露于肠炎沙门氏菌对过去曾暴露于鸡沙门氏菌的禽类的保护作用尚缺乏可测水平的依据。在一个禽群自然感染肠炎沙门氏菌的调查中发现，被测的114只禽中仅有1只在玻片凝集试验中呈强阳性（37）。试验证据显示暴露于鸡沙门氏菌的禽产生强交叉免疫以对抗肠炎沙门氏菌移生。例如，单用鸡沙门氏菌疫苗菌株9R免疫化的禽产生的免疫力在对抗鸡沙门氏菌（23，38）挑战和肠炎沙门氏菌（22，44）挑战方面水平是相似的。交叉免疫的高滴度提示用试管凝集试验测出的抗体滴定量既是使家禽免于感染致死性鸡沙门氏菌，也是移生肠炎沙门氏菌免疫力的预兆。应用通常计算鸡沙门氏菌R₀（呈阳性反应的10%是60%保护者的指示物）的标准计算肠炎沙门氏菌数据（37），结果提示大约5%的鸡具备对抗这种病原体的保护性免疫。根据这些数据，估计肠炎沙门氏菌的基础病例-再生数（R₀=1.05）明显低于鸡沙门氏菌。

在解释这些数据时几种因素应于考虑。我们对于肠炎沙门氏菌R₀的价值的估计是基于80年代后期的流行病学调查资料。20世纪后期对鸡群集中的管理增加了易感宿主的密度（X），进而导致R₀的增加（公式1）。而且，有关肠炎沙门氏菌感染的鸡群中试管凝集试验呈阳性的数目的情报缺乏，来自于1944年流行高峰的数据没有可用性。1993年在德国LOWER SAXONG进行的调查提供了肠炎沙门氏菌在家禽中流行的证据，当时在家禽中发生了严重的感染。该调查显示，对屠宰的2,112只产卵母鸡作肠炎沙门氏菌培养，其中的7.6%为阳性（45）。尽管这种低流行与流行高峰时肠炎沙门氏菌的低基础病例-再生数相一致，但这些数据不能对20世纪初期肠炎沙门氏菌的基础病例-再生数进行准确估计。假设的这些局限性，可利用的流行病学证据与我们的假设看来完全不矛盾。通过公式2（R=R₀-R₀y）我们估计本世纪初期被鸡沙门氏菌致死的易感禽的数目（假定100%交叉免疫和y=0.65）使肠炎沙门氏菌有效的病例-再生数减少到1以下（R=0.37）。这些估计支持20世纪初期鸡沙门氏菌明显减少家禽中易感宿主的密度，从循环中竞争性排除肠炎沙门氏菌的观点。

鸡群中肠炎沙门氏菌几乎不可能单独依赖检测和屠宰方法的疾病控制给予消灭，因为不同于鸡沙门氏菌，肠炎沙门氏菌可以通过它的啮齿动物贮存宿主再传播到禽群。取而代之通过疫苗接种消灭家禽的肠炎沙门氏菌是有效的，因为它可以消除诸多危险因素中的一种（降低禽群对抗O9-抗原的免疫力），而这种危险因素正是在肠炎沙门氏菌作为一种食源性病原体方面起作用。事实上，自1994年 起英国和威尔士人群肠炎沙门氏菌病例的大幅度下降均归功于在家禽中使用了一种肠炎沙门氏菌疫苗。不管怎样，鸡沙门氏菌比肠炎沙门氏菌具有更强的免疫原性的 血清学证据提示保护家禽的一个更有效途径是对其用减毒活疫苗接种。这个途径将重建一种自然生态平衡（靠自然竞争者排除肠炎沙门氏菌），而这种平衡在20世纪初期人类干预策略实施之前已经存在。

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