牛群中伯氏考克斯体（Coxiella burnetii）的排出及其与体液免疫和细胞免疫反应的相关性

《Veterinary Microbiology》：Coxiella burnetii shedding in dairy cattle and its correlation with humoral and cell-mediated immune responses.

本研究对澳大利亚自然感染奶牛群进行纵向调查，检测幽门螺杆菌DNA、抗体及细胞因子，发现高抗体与乳中间歇排泄相关，提示免疫应答差异影响排泄模式。

　　

露西·奥沙纳西（Lucy O’Shannessy）| 约翰·K·豪斯（John K. House）| 布里奇特·G·洛根（Bridgette G. Logan）| 约翰·M·莫顿（John M. Morton）| 萨姆·罗（Sam Rowe）| 保罗·A·希伊（Paul A. Sheehy）| 本杰明·U·鲍尔（Benjamin U. Bauer）| 卡特里娜·L·博斯沃德（Katrina L. Bosward）

澳大利亚新南威尔士州悉尼大学科学学院悉尼兽医学院

摘要

Coxiella burnetii是一种细胞内细菌，可引起人畜共患病Q热，其中牛是能够长期排出这种细菌的宿主之一。这项纵向研究调查了在澳大利亚一个自然感染牛群中，192头奶牛的C. burnetii排出情况及其免疫反应的时间变化。研究人员收集了这些奶牛的血液、胎盘、粪便、阴道黏液和牛奶样本，并在产前到泌乳中期（约200天）期间对同一批奶牛进行了多达五次的采样。Coxiella burnetii的DNA通过多重qPCR检测，血清中的C. burnetii抗体通过ELISA检测，而针对C. burnetii抗原刺激的IFNγ和IL-10反应则通过细胞因子回忆试验进行评估。抗体或细胞因子反应与细菌排出之间的关联通过逻辑回归模型进行分析，不同采样时间点间PCR阳性牛奶样本的流行率差异则通过广义估计方程进行评估。在产犊时，52%的胎盘样本中检测到了C. burnetii DNA。产犊后早期，细菌排出量减少，随后保持较低水平，但在泌乳中期再次增加。产犊早期的抗体滴度与泌乳中期的C. burnetii牛奶排出量相关；抗体滴度每增加10个单位，细菌排出的概率增加2.14倍（95%置信区间：1.37 – 3.34；p = 0.001）。研究中没有一头奶牛在产犊早期同时具有高抗体滴度和高IFNγ反应。这些发现强调了宿主免疫反应在调节C. burnetii排出中的作用，尤其是通过牛奶的间歇性排出。

引言

Coxiella burnetii是一种革兰氏阴性细胞内细菌，可引起人类的重要人畜共患病Q热以及动物的Q热。牛是全球Q热爆发的重要来源（Tan等人，2024年）。在包括澳大利亚在内的许多国家，牛与人类感染密切相关（Graves和Islam，2016年），澳大利亚政府卫生部数据显示每年有超过800例Q热病例报告（Australian Government Department of Health，D.a.A，2025年）。牛的Coxiella burnetii感染大多为亚临床状态，但偶尔会出现流产、死产和后代虚弱等临床症状，也有研究表明牛奶排出与亚临床乳腺炎有关（Agerholm，2013年）。分娩时，受感染的牛会通过胎盘、阴道黏液、粪便和初乳排出C. burnetii，分娩后这种排出可能继续通过阴道黏液和粪便进行（Freick等人，2017年；Guateo等人，2012年）。C. burnetii通过牛奶的排出可能在整个泌乳期间持续发生（Freick等人，2017年；Guateo等人，2007年）。这些途径的病原体排出增加了环境中的病原体负荷，为人类和其他动物提供了持续的感染源。

Coxiella burnetii感染的发病机制较为复杂，影响细菌排出和疾病结果的因素包括宿主、病原体以及环境（或管理）因素，但目前对这些因素的了解还不够充分。然而，这些信息对于制定有效的控制措施至关重要。迄今为止，只有少数研究探讨了奶牛繁殖和泌乳周期中的C. burnetii感染模式（Freick等人，2017年；Guateo等人，2007年；Angen等人，2011年；Boettcher等人，2017年；B?ttcher等人，2024年；Garcia-Ispierto等人，2013年；Guateo等人，2006年；Serrano-Pérez等人，2015年）。虽然经常测量阴道黏液、粪便和牛奶中的C. burnetii排出情况（Guateo等人，2012年；Garcia-Ispierto等人，2013年；Serrano-Pérez等人，2015年），但由于分娩时采集样本的难度，胎盘中的排出情况很少被评估。然而，胎盘参与是反刍动物Q热生殖疾病表现的关键特征（Agerholm，2013年），胎盘中的排出可能对环境污染产生较大影响。针对C. burnetii感染的体液免疫反应经常被研究（Freick等人，2017年；Guateo等人，2007年；Garcia-Ispierto等人，2013年；Andoh等人，2007年；Rodolakis等人，2007年），但细胞介导的免疫（CMI）反应却很少被评估，尽管CMI对于有效清除细胞内病原体非常重要（B?ttcher等人，2024年；Ma?aczewska等人，2018年）。通过细胞因子释放试验（CRA）评估针对干扰素-γ（IFNγ）的CMI反应已在其他物种中得到应用。研究表明，IFNγ对于清除C. burnetii感染是必要的，而IFNγ反应失调与人类患者的慢性或持续性Q热有关（Andoh等人，2007年；Pennings等人，2015年；Schoffelen等人，2017年）。白细胞介素10（IL-10）是一种由多种细胞产生的抗炎细胞因子，包括巨噬细胞、树突状细胞和多种T细胞亚群（尤其是T调节细胞）（Tizard，2025年）。在人类中，IL-10与单核细胞中C. burnetii复制增加以及慢性Q热患者外周血单核细胞（PBMCs）中IL-10水平升高有关（Ghigo等人，2001年）。关于C. burnetii感染奶牛中的这些细胞因子反应的信息有限。然而，Ma?aczewska等人（2018年）报告称，在波兰，未接种疫苗的自然感染血清阳性奶牛中，非特异性血清IFNγ和IL-10浓度与牛奶中的病原体排出有关。在奶牛研究中，由于细胞因子水平可能受多种病原体的影响，使用C. burnetii抗原特异性全血CRA来测量细胞因子水平可能更具参考价值（O’Shannessy等人，2025年）。例如，一项针对自然感染德国奶牛的研究发现，细胞（细胞因子释放试验中的IFNγ产生）和体液（第1或第2阶段特异性抗体）免疫反应之间存在负相关（Boettcher，2017年）。

从病原体的角度来看，几乎所有关于奶牛C. burnetii感染模式的研究都在欧洲进行，但C. burnetii菌株的毒力在全球范围内存在差异，这会影响人类（Eldin等人，2017年）和动物（可能也包括动物）的疾病严重程度。了解这些差异如何表现对于评估该病原体在不同地理、生产或管理环境中的重要性至关重要。

因此，本研究旨在描述澳大利亚一个自然感染牛群中C. burnetii排出的时间模式及其相关的免疫反应。研究了整个繁殖和泌乳周期中C. burnetii的排出情况，包括产犊时的胎盘排出，并测量了个体奶牛免疫反应的时间变化。此外，还探讨了体液和细胞免疫反应与牛奶和胎盘排出模式之间的关联。最后，研究了可能影响C. burnetii排出和免疫反应动态的人口统计风险因素，如胎次和妊娠状态。通过结合纵向采样、细菌排出和免疫反应数据，本研究提供了与动物和公共卫生相关的C. burnetii发病机制的详细见解。

研究设计

动物和研究设计

该研究获得了悉尼大学动物伦理委员会的批准（伦理批准编号：2021/2014）。研究在澳大利亚南部一个自然感染C. burnetii的荷斯坦奶牛群中进行，2022年对同一批奶牛从产前到泌乳中期进行了多次采样。该牛群的C. burnetii流行情况已通过个体奶牛血清和批量牛奶样本的血清学检测以及分子证据得到验证。

Coxiella burnetii的分子检测

通过PCR检测，在采样期间，不同时间点胎盘、初乳/牛奶、粪便和阴道拭子中C. burnetii DNA的检出比例有所变化（表2）。在产犊前三周的第一次采样（L1）时，没有阴道拭子（0/192）或粪便（0/191）样本呈PCR阳性。产犊时（L2），34%（66/192）的奶牛的胎盘样本中检测到C. burnetii DNA阳性结果。另有18%（34/192）的奶牛的胎盘样本呈现疑似阳性结果。

讨论

这项纵向研究调查了澳大利亚一个C. burnetii》流行地区奶牛在产犊前到泌乳中期C. burnetii排出模式以及体液和细胞介导的免疫反应。尽管早期有一些主要在欧洲奶牛群中进行的研究探讨了C. burnetii排出和抗体反应的模式，但很少有研究涵盖多种样本类型（如胎盘）和细胞介导的免疫反应。

结论

研究结果表明，妊娠期间感染C. burnetii且抗体滴度较高、IFNγ反应较低的奶牛（即产生Th2免疫反应）倾向于间歇性通过牛奶排出病原体，这可能表明其会在后续妊娠和泌乳期间持续感染。特别是从乳腺间歇性排出C. burnetii的情况表明宿主无法清除病原体感染。

资金来源

本研究主要得到了Meat & Livestock Australia Donor Company Limited的资助（项目编号：P.PSH.1307）。悉尼大学、Ramune Cobb博士以及McGarvie Smith研究所也为这项研究提供了支持。

作者贡献声明

约翰·豪斯（John House）：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目实施、方法论设计、研究实施、资金筹集、概念构思。布里奇特·洛根（Bridgette Logan）：撰写 – 审稿与编辑、验证、项目实施、方法论设计、研究实施、数据分析、数据管理、概念构思。露西·奥沙纳西（Lucy O’Shannessy）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化展示、验证、方法论设计、研究实施、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。