高病原性家禽流行性感冒檢驗方法
壹、前言 高病原性家禽流行性感冒(Highly pathogenic avian influenza ,以下 簡稱HPAI)過去稱為「雞瘟」,是由正黏液病毒科(Orthomyxoviridae) 之A型流行性感冒病毒感染所引起。A型流行性感冒病毒是唯一會自然感染 禽鳥類的正黏液病毒。許多禽鳥類對家禽流行性感冒(以下簡稱為AI)病 毒具有感受性。水禽為保毒宿主,而水禽帶原病毒對雞及火雞大多為低病 原性。病毒之核蛋白衣(Nucleocapsid,以下簡稱為NP)和基質蛋白(M- atrix proteins,以下簡稱為MP)為流行性感冒病毒型別相關抗原,血球 凝集素(Hemagglutinin,以下簡稱H)及神經胺酸?( Neuraminidase, 以下簡稱N)為亞型(Subtypes)分類抗原。目前有16種H亞型( H1~H16 )及9種N亞型(N1~N9)。只有H5和H 7兩 種亞型病毒會對雞、火雞及其 他經濟類禽鳥造成HPAI臨床症狀。大部分H5和H7亞型病毒對家禽為低毒力 。H5 或H7病毒都可能突變成高毒力,因此,世界動物衛生組織(OIE)規 範所有H5和H7病毒為須通報的家禽流行性感冒(Notifiable avian infl- uenza;NAI)。 HPAI感染會依禽鳥的品種及年齡、病毒株的特性及環境因子,而呈現不同 的臨床症狀。高感受性鳥類可能呈現無臨床症狀而猝死或呈現不一嚴重度 之臨床症狀,例如結膜炎、鼻炎、咳嗽、噴嚏、呼吸困難、顏面腫脹、沉 鬱、警覺性降低、顯著減少飲水及攝食、雞冠、肉垂及腳鱗皮膚發紺、神 經症狀及下痢等。產蛋雞會有明顯的產蛋量下降,品質不良蛋增加。典型 的HPAI常呈現高發病率及急速上升之死亡率。低病原性家禽流行性感冒( Low pathogenic avian influenza,以下簡稱LPAI)通常只造成輕微或無 臨床症狀,但在某些情況下會產生嚴重的臨床症狀而誤以為是HPAI。 HPAI之確診係依據所分離出病毒之病原性鑑定,但在特殊情況下,可分析 檢體中病毒血球凝集蛋白(以下簡稱為 HA0)切割位之胺基酸序列,以達 到確診的目的。檢測疑患禽鳥的血清抗體可做為輔助診斷,不適合用於確 診。當有疫情發生時,為了防疫需求以儘速控制疾病,診斷可以依分子檢 測結果(例如HA0切割位之胺基酸序列呈現HPAI病毒特徵),加上H亞型檢 測的結果來判定。 病原性的鑑定係以接種無特殊病原(Specific pathogen free,以下簡稱 SPF)或家禽流行性感冒(以下簡稱AI)抗體陰性(Specific antibody negative,以下簡稱SAN)雞隻的靜脈接種致病指數(Intravenous path- ogenicity index,以下簡稱IVPI)或接種雞隻死亡率為其黃金準則。IVPI 大於1.2或接種雞隻死亡率大於75%者判定為HPAI,IVPI低於1.2之H5及H7亞 型須進一步分析其HA0切割位胺基酸序列,若HA0切割位的胺基酸序列與其 他HPAI分離株的序列相似者,須考慮該病毒具有發展成HPAI的潛勢,爰判 定為HPAI。 貳、實驗室檢驗 <p />一、 病毒檢驗 <br />(一)採取病材 1、病材採取之品質好壞及其保存與輸送的狀況,密切影響AI病毒之分 離及診斷結果。採樣以發生臨床症狀三日內所得之病材檢測效果最 佳。 2、死禽:死禽採取全身各組織臟器,包括氣管、肺、腸、脾、胰、腎 、腦、肝及心臟等,病材可分開或混合處理。 3、活禽:活禽採取喉頭氣管拭子和共泄腔拭子,幼小個體禽類不易採 集者,則採新鮮排遺取代之。採取之拭子保存於含有抗生素的磷酸 緩衝液(Phosphate buffer saline;以下簡稱PBS)或含有蛋白質 及抗生素的輸送培養液內。輸送培養液係由細胞培養液(Minimum essential medium;MEM)或PBS 或 tryptose-phosphate broth( TPB)或腦心浸出液( Brain- heart infusion;BHI)等為基礎液 ,再加0.5~1%牛血清白蛋白或明膠(Gelatin)及抗生素(具有保 護病毒及抑制細菌之效果)。 4、輸送與保存:採集之病材應馬上以低溫冷藏方式輸送至檢測實驗室 或存放於 4℃ 最多4天。需長期保存之診斷病材應存放於 -80℃, 避免重覆解凍。若以乾冰保存或輸送則需將病材密封,以防二氧化 碳之滲入,致pH值降低而造成病毒不活化。 <br />(二)病毒分離 分離AI病毒需用SPF或SAN的雞胚胎蛋為接種材料。 1、病材處理: (1)喉頭氣管拭子及共泄腔拭子試管以震盪器混合均勻後靜置備用。 (2)組織病材與輸送培養液混合研磨成10%(W/V)乳劑,處理完成之 病材乳劑於室溫中1~2小時內儘速接種完成,若放於 4 ℃ 僅能 保存數天,否則應存放於 -80 ℃ 。 (3)上述(1)(2)經 1,000 g 離心10分鐘,取上清液供接種用。 2、雞胚胎接種:喉頭氣管拭子、共泄腔拭子或組織乳劑上清液接種於 9~11日齡SPF或SAN雞胚胎蛋的尿囊腔內。每批病材接種至少5個蛋 ,每個蛋接種0.1~0.2 mL。接種後,將蛋放在35~39 ℃恆溫箱中 培養2~7天。 3、收集病毒液:收集病毒液前先將蛋冷卻於 4℃ 4小時或隔夜,待蛋 內血管收縮後,抽取尿囊液。並以血球凝集試驗進行篩檢,如果沒 有血球凝集性,該尿囊液應至少再盲目接種一代;如果有血球凝集 性且無細菌污染,表示可能有 A型流感病毒或禽類副黏液病毒之存 在,需進一步以瓊膠免疫沉降法(Agar gel precipitation;以下 簡稱AGP)或反轉錄聚合?鏈反應(Reverse transcriptase-polym- erase chain reaction,以下簡稱 RT-PCR)等方法鑑定病毒型別, 再以血球凝集抑制法、神經胺酸?抑制法或RT-PCR等方法鑑定亞型。 4、核酸鑑定:使用如RT-PCR、即時反轉錄聚合?鏈反應(Real-time RT-PCR)、反轉錄恆溫環形核酸增幅法(RT-Lamp)等以分子為基 礎的鑑定技術,配合引子或探針的特異性進行檢驗,或比對基因序 列,以達鑑定病原之目的(相關操作如參考文獻4~7)。 <br />(三)以血球凝集抑制法(Hemagglutination inhibition;以下簡稱HI) 鑑定病原亞型: 基於AI病毒的H蛋白具有血球凝集(以下簡稱HA)特性,用已知H亞 型之抗血清進行HI法來鑑定病毒之H亞型。首先需儲備 AI病毒亞型 之標準抗原和抗血清(詳見附錄1),HI法使用之紅血球取自SPF或 SAN雞隻的血液。HI試驗前需先測定抗原之力價,以定量的 4 HA單 位抗原來執行HI檢測。 1、對照抗原和分離株HA力價測定: (1)以96孔微量測定盤進行試驗。 (2)分裝25 L PBS至第2~第12孔(A~H列)。 (3)第1孔(A1~F1)分別加50 L分離株病毒液或對照抗原。G及 H 列的第1孔不加抗原液。 (4)H列作為血球對照用,所以H列第1孔加50 L PBS。 (5)由第1孔開始進行25 L 兩倍連續序列稀釋,稀釋之最後一孔丟 棄25 L。 (6)再加25 L PBS至每一孔。 (7)全盤每孔加25 L之1%雞紅血球懸浮液。 (8)輕拍盤子使混合均勻,在室溫中放置約40分鐘,見血球對照孔之 血球完全沉降下來即可判讀及記錄。 (9)血球與病毒(或抗原)完全凝集記為+,不完全凝集記為 +/-,血球完全沉降者記為 -。將盤子傾斜,觀察血球 淚滴狀流下,流下之速度與血球對照相同者表示血球完全沉降。 完全凝集之病毒(或抗原)最高稀釋倍數,即代表病毒(或抗原 )之HA力價。 2、製備HI試驗用標準抗原液及迴歸力價測定: (1)先計算進行HI試驗所需4 HA 單位(4 HAU)抗原液總量後,將已 知力價之病毒(或抗原)以PBS稀釋為4 HAU/25 L 濃度,置於 4℃ 備用,稀釋好的抗原液僅限於當日使用。 (2)製備好的4 HAU抗原液再次進行HA 試驗,迴歸檢測以確定製備之 抗原液力價,檢測結果應在前三孔呈現HA。如果力價不對,HA多 一孔則再將抗原等量稀釋二倍,HA少一孔則需再加入等量的抗原 ,使抗原濃度增加一倍。 3、血球凝集抑制試驗(鑑定野外株病毒): (1)分裝25 L PBS至B~H列的第1~12孔。 (2)分別加50 L H1~H15標準抗血清至A排各孔。 (3)由第1孔開始進行25 L 兩倍連續序列稀釋,稀釋之最後一孔丟 棄25 L。 (4)每孔加入25 L 4 HAU病毒或抗原,在室溫感作15分鐘。 (5)每孔再加25 L1%之雞紅血球懸浮液,輕微振盪混勻後,靜置室 溫中約40分鐘,見血球對照孔之血球完全沉降下來即可判讀及記 錄。 (6)可以完全抑制4 HAU抗原的血清最高稀釋倍數即為HI力價。 (7)每一血清均採重複二列之序列稀釋,一列供檢測分離株病毒用, 一列做為陽性抗原對照用。 (8)最後兩列(G及H列)作為紅血球對照用,以PBS 取代血清稀釋及 抗原添加。 (9)若有抗原與抗體反應,則血球凝集被抑制。同樣將盤子傾斜判讀 ,血球完全凝集記為+,不完全凝集記為 +/-,完全 抑制凝集記為-。完全抑制凝集之最高血清稀釋倍數,即代 表抗體之HI力價。 (10)假如野外分離株與某一亞型參考血清反應的HI力價大於其他亞 型血清4倍以上,則此力價較高者表示為分離株之亞型。 <br />(四)病原性鑑定 病原性的鑑定係以接種雞隻的靜脈致病指數(IVPI)或接種雞隻的 死亡率為其黃金準則,配合HA0 切割位胺基酸序列分析,以評估病 毒之病原性。 1、IVPI: (1)HA力價大於1:16之新鮮病毒液,以滅菌之生理食鹽水稀釋10倍。 (2)取稀釋之病毒液靜脈接種10隻4~8週齡SPF或SAN雞隻,每隻 0.1 mL。 (3)每24小時觀察一次,持續10天,在每次觀察時記錄每隻雞之分數 :正常雞記0分、發病雞記1分、嚴重發病記2分、死亡雞記3分( 發病程度之判定通則:出現呼吸症狀、沈鬱、下痢、無毛部皮膚 或肉垂發紺、頭或臉水腫及神經症狀等其中一種症狀時,判為 發病,呈現一種以上症狀時,判為嚴重發病)。死亡之雞 隻在死亡之後每日的觀察值皆要記為3分。 (4)IVPI係指10日觀察期間,每天每隻雞之平均分數。將全部雞隻10 日之總分除以100即為IVPI值。IVPI=3.00表示所有的雞在24小時 內死亡;IVPI=0.00表示在10 日觀察期間沒有雞隻呈現任何臨床 症狀;IVPI值大於1.2者為HPAI。 2、接種雞隻死亡率檢測: (1)無菌新鮮之病毒尿囊液稀釋10倍。 (2)靜脈接種8隻4~8週齡具感受性雞隻,每隻接種0.2 mL,觀察 10 日。 (3)計算死亡率,當雞隻死亡6、7或8隻時(即死亡率達75%以上), 則判定為HPAI。 3、血球凝集蛋白(HA0)切割位胺基酸序列分析: 所有H5或H7病毒株其IVPI小於1.2或接種雞隻死亡率小於75%者,都 須再進行本方法分析該病毒的HA0 切割位胺基酸序列,若序列與其 他HPAI分離株相似,則判定為HPAI。 本法旨在分析H5和H7亞型AI病毒HA0 核酸序列,而推演出對應的胺 基酸序列。最常使用的方法是RT-PCR,即在切割位兩端序列設互補 引子(引子序列參見附錄2 ),進行循環序列分析。可依商品化套 組之建議設定過程中不同的條件,並以自動化序列分析儀分析。 (1)病毒RNA萃取(或依商品化套組之建議操作) A、病毒液200 L加入 1 mL核酸萃取液(Trizol),混合均勻後 ,靜置室溫5分鐘。 B、加200 L 氯仿(Chloroform),混合後,靜置室溫 3分鐘, 12,000 rpm離心15分鐘。 C、取分離層之上層600 L於另一新試管內,加入 600 L 異丙 醇(Isopropanol),混合均勻,靜置室溫 10 分鐘, 12,000 rpm離心20分鐘。 D、倒掉上清液,加入75%酒精1 mL,混合後再於12,000 rpm離心5 分鐘。 E、輕輕倒掉上清液,並用微量吸管小心抽掉其餘酒精,靜置數分 鐘使殘餘之酒精揮發。 F、加入100 L含 DEPC(Diethylpyrocarbonate)處理過的蒸餾 水,以微量吸管將病毒RNA溶解均勻。 G、待用時置放於 4℃ ,否則保存於 -20℃ 。 (2)cDNA合成(或依商品化套組之建議操作) A、取4 L RNA及陰性對照管(管內放水)加0.5 L primer Uni-12。 B、72℃作用5分鐘後。 C、加入預先調配好之cocktail合成反應液,每管5.5 L。 D、全量10 L混合均勻,在 42℃ 作用1小時。 E、95℃ 5分鐘使RT反應停止。 (3)PCR反應(或依商品化套組之建議操作) A、每管取1.5 L cDNA加入48.5 L PCR反應液。 B、將試管放在溫度循環器內,設定增幅條件: ◆94℃ 2分鐘 ◆94℃ 1分鐘─────┐ ◆50℃ 1分鐘 │ 30個循環 ◆72℃ 3分鐘─────┘ ◆72℃ 8分鐘 ◆4 ℃至使用 (4)PCR產物電泳 A、將agarose電泳膠放入電泳槽內,倒入1x TBE 緩衝液,蓋過膠 片。 B、取4 L PCR 產物,混以3 L loading buffer。 C、加4 L 分子量標示物於電泳膠第一孔。 D、取7 L PCR 產物、陽性對照和陰性對照,分別加入電泳膠的 不同孔中。 E、蓋上電泳槽蓋子,設120 V電壓跑30-40分鐘。 F、最後在302 nm波長之紫外光下觀察分子標示物及PCR 產物,並 比較分子量大小。 (5)PCR產物定序 若經電泳分析PCR 產物分子量大小無誤,則取此特異性片段產物 利用自動核酸序列分析儀進行定序反應,核酸序列分析結果以電 腦序列分析軟體自動轉換為胺基酸序列後,讀取檢測毒株之 HA0 切割位胺基酸序列。 (6)判讀 HA0 切割位胺基酸序列如果和已知高病原性病毒之序列相似,即 判定為HPAI。 <p />二、血清學檢測 <br />(一)酵素連結免疫吸附分析( Enzyme-Linked Immunosorbent Assay; ELISA) 一般市售商品化 ELISA抗體檢測套組無法檢測AI抗體亞型,只能證 實有A型流行性感冒的抗體存在,操作依套組使用說明使用。 <br />(二)以瓊膠免疫沉降法(AGP)檢測抗體: 所有 A型流行性感冒病毒均具有相似的NP及MP抗原,而本法利用抗 原/抗體在高濃度鹽類之瓊膠內移動擴散產生抗原/抗體沉降線反 應,檢測血清中有無A型流行性感冒病毒之特異性抗體。 1、抗原製備:以AI病毒接種10日齡 SPF雞胚胎蛋後,取其絨毛尿囊膜 研磨成均質化,再經反覆冷凍解凍三次後,以 1,000g 離心10分鐘 ,取上清液添加0.1%福馬林或1% betapropiolactone使病毒不活化 ,再離心一次之上清液即為 AGP抗原使用。以本法製備之抗原主要 為NP抗原。 2、瓊脂盤製備:泡製 1%(w/v)agarose(如附錄三之九)或純化的 agar與 8%(w/v)氯化鈉溶於PBS內,加熱溶解,倒 20 mL至 9 cm 平皿內,使用孔徑 5 mm孔間距為 2-5 mm的孔型打洞後挖除洞中之 瓊脂。 3、方法:每孔加入50 L試劑,每個測試血清緊鄰已知陽性血清和抗 原,如此才能確定測試血清與NP抗原間產生的沉降線和已知陽性沉 降線是否連續吻合。加完試劑後,瓊脂盤放入密封容器內,再放入 一塊濕棉花以保持容器內溼度,放室溫中。 4、判讀:約 24-48小時後檢查沉降線,在暗視野有背光之下觀察,當 測試孔與抗原間產生了沉降線,且與陽性對照線連成連續性的吻合 線則判為特異性陽性。若為交叉線則表示測試血清與陽性對照血清 的抗體不同,應判為陰性。 <br />(三)血球凝集抑制(HI)抗體檢測 以AGP或ELISA法檢測為AI抗體陽性之血清,可依需要以HI方法來鑑 別其是否為H5或H7亞型抗體。其執行方法如前所述,預備H5或H7標 準株或已知H5或H7野毒株做為本檢測用抗原,檢測結果抗體力價1: 16或以上判為陽性,抗體力價1:4至1:8為疑陽性,需增加血清樣本 數加以檢測,並配合其他臨床症狀、肉眼病變及病毒學發現才可以 下診斷。 參、綜合判定準則 我國自2004年以來家禽場已存在H5N2 LPAI病毒,近年來除了 LPAI病毒外 ,由基因序列演化分析也證實HPAI病毒存在雞群中。在LPAI與HPAI病毒共 同於雞群中存在的現象,增加檢驗及診斷的複雜性與困難度。在此情況下 ,疑患場雞群臨床上不一定會出現HPAI典型的臨床症狀、高發病率及高死 亡率現象,故單以臨床觀察為依據易喪失防疫先機。面臨如此複雜的診斷 案例,為了掌控防疫先機,對於需通報的HPAI及LPAI之診斷判定依據以下 規範辦理: <p />一、高病原性家禽流行性感冒(HPAI): 參酌世界動物衛生組織(OIE)對於 HPAI之認定依據,符合以下二項 條件之一者即判定為HPAI: <br />(一)接種雞隻死亡率大於75%或IVPI大於1.2。 <br />(二)HA0切割位胺基酸序列相似於其他HPAI病毒株序列(參考附錄4所列 國際已知HPAI之HA0切割位胺基酸序列及附錄5我國已發生 HPAI 之 HA0切割位胺基酸序列)。 我國已發生之 H5N2病毒HPAI的HA0切割位胺基酸序列至目前止,包括 -RKKR-及-RRKR-兩種,因此疑患禽場之臨床病材可直接經由核酸檢測 確定H5亞型,經過定序後,若確定 HA0切割位序列為-RKKR-或-RRKR- ,即判定為HPAI。 <p />二、需通報之LPAI: 所有非HPAI之H5或H7病毒株皆屬之。臨床病材經病毒分離或核酸檢測 發現為H5或H7亞型病毒或核酸,經 HA0切割位序列分析沒有符合已知 HPAI切割位序列者;(1)當切割位未具有-BXBR-(B表示鹼性胺基酸 R或K)特性之H5或H7亞型,得以切割位結果直接判定為需通報之LPAI (註1);(2)當切割位具有-BXBR-特性時需再補行IVPI或接種雞隻 死亡率檢測,檢測結果IVPI小於1.2或死亡率小於75%者判定為需通報 之LPAI。但如果此-BXBR-序列與國內往例判定之LPAI的切割位序列相 似時,得直接判定為需通報之LPAI(註2)。 註1:例如野鳥及水禽常見之LPAI病毒株,其HA0切割位序列只有1至2個鹼 性胺基酸,未具-BXBR-特性。 註2:例如H5亞型之-REKR-(3個鹼性胺基酸)。 肆、參考文獻 1、Australian Standard Diagnostic Techniques for Animal Dise- ases. 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