Genetic variability and antigenic diversity of canine parvovirusas the cause of canine parvoviral enteritis

Full Text

Введение

Среди виновников вирусной диареи у собак выделяются чума плотоядных (CDV), коронавирус (CCoV), парвовирус 2‑го типа (CPV‑2), кобувирусы (CKoV) и бокавирус (CBoV) [1]. CPV‑2 — ДНК-вирус из семейства Parvoviridae, родственен вирусу панлейкопении кошек (FPV) [2]. Считается, что CPV‑2 появился в 1970‑х гг., мутировав из FPV-подобного вируса кошек, приобретя способность заражать собак [3]. Вирусные геномы изменчивы, мутируют, ускользая от иммунного ответа. Исследования показывают, что существующие вакцины против полиовируса 2‑го типа не всегда эффективны [4]. Собачий парвовирус 2 (CPV‑2) вызывает у собак гастроэнтерит и миокардит [5]. Существуют антигенные варианты CPV‑2: CPV‑2a, CPV‑2b и CPV‑2c, классифицированные по аминокислоте 426 белка капсида VP2 [6]. В 1979 г. в Соединенных Штатах Америки был выявлен новый вариант собачьего парвовируса, известный как CPV‑2a. Его появление было связано с мутациями в белке VP2, что отражено в научном исследовании [7]. Впоследствии появились варианты CPV‑2b и CPV‑2c, отличающиеся изменениями в аминокислоте 426 VP2 [8]. Исходный CPV‑2 исчез, уступив место новым вариантам [9–11]. В 1982 г. CPV‑2 впервые зафиксировали в Китае, где он стал эндемиком, порождая новые варианты [1, 12, 13], имеет пять мутаций в гене VP2: M87L, I101T, A300G, D305Y и V555I. CPV‑2b выявлен в 1984 г. и отличается мутациями I555V и N426D в гене VP2. В 2004 г. во Вьетнаме обнаружили CPV‑2c [14], который затем распространился по миру, утратив статус «азиатского» [8]. До 2015 г. в Китае преобладали CPV‑2a и CPV‑2b, но в Европе и Америке росло число случаев CPV‑2c [1, 12, 15–24].

Классификация CPV‑2 зависит от аминокислоты в позиции 426 белка VP2: N (CPV‑2a), D (CPV‑2b) и E (CPV‑2c). География распространения CPV‑2 демонстрирует четкие региональные особенности. В континентальной Европе циркулируют различные варианты: во Франции и Бельгии — CPV‑2a и CPV‑2b, в Италии — CPV‑2a и CPV‑2c. В Северной и Южной Америке преобладают CPV‑2b/2c и CPV‑2a/2c. В Азии, Великобритании, Австралии и Японии доминируют CPV‑2a и CPV‑2b. Северная Африка характеризуется совместной циркуляцией всех трех основных типов CPV‑2, а в Южной Африке чаще встречаются CPV‑2a и CPV‑2b.

Для точной идентификации вариантов CPV‑2 необходим молекулярный анализ гена VP2. Этот анализ позволяет оценить генетическое разнообразие, проследить распространение вируса и совершенствовать стратегии вакцинации. Вакцины на основе CPV‑2 могут давать нестойкий иммунитет против новых вариантов вируса, что затрудняет диагностику гастроэнтерита у привитых щенков. Но вакцины CPV‑2b обычно защищают от варианта CPV‑2c. По данным исследований, осложнения после вакцинации против парвовирусной инфекции отмечаются приблизительно в 3,8 % случаев, причем чаще у кастрированных щенков, щенков с недостаточным весом и у животных в возрасте до 9 месяцев. Вакцины, разработанные на основе штамма NL‑35-D CPV‑2, обеспечивают полную защиту от различных штаммов парвовируса [25].

Цель обзора — системный анализ изменчивости и распространения вируса CPV‑2 в мире, а также оценка методов его профилактики и лечения.

Использовались данные о распространенности CPV‑2 в мире по публикациям, отраженным в базах данных eLIBRARY.RU, PubMed, Google Scholar. Особое внимание уделено изучению закономерностей распространения, механизмов высокой генетической изменчивости геномов собачьего парвовируса CPV‑2, а также детальному рассмотрению вопросов эпизоотологии заболевания, разработки эффективных профилактических мер и современных методов лечения.

Кровавая диарея у собак — верный признак CPV‑2, спровоцировавшего острое кровотечение в желудке и кишечнике [1, 26]. У щенков чистокровных пород до 6 недель CPV‑2 выявлялся чаще (p < 0,05). Инфекция CPV‑2 поражает щенков и чистокровных собак чаще, чем взрослых дворняг. Ранее CPV‑2 чаще обнаруживался у животных 2–4 месяцев [1, 27]. Низкая заболеваемость парвовирусным энтеритом у щенков до месяца объясняется материнским иммунитетом. После четырех месяцев щенки реже болеют из-за развития собственного иммунитета. У кобелей CPV‑2 встречается чаще, чем у сук [1, 28]. Результаты исследований указывают на увеличение числа случаев CPV‑2c в последние годы [1, 10, 20–24, 29–33].

Эпизоотическая картина свидетельствует о настораживающей тенденции: парвовирусный энтерит занимает 37 % в структуре инфекционных патологий, регистрируемых у собак на территории Российской Федерации [34].

Эпизоотология парвовирусного энтерита представляет собой сложное переплетение факторов, среди которых ключевую роль играют возрастная восприимчивость и сезонная активность вируса. Щенки в возрасте до шести месяцев, лишенные полноценной иммунной защиты, становятся наиболее уязвимой группой и одновременно выступают в роли основного источника инфекции. Вакцинация как действенный инструмент профилактики и строгий карантин для уязвимых групп животных являются необходимыми мерами для контроля и снижения масштабов распространения заболевания. Глубокое понимание этих взаимосвязанных аспектов — краеугольный камень эффективной профилактики эпизоотического распространения парвовирусного энтерита [35].

У новорожденных щенков молозивные антитела обеспечивают пассивный иммунитет, однако снижают эффективность вакцинации. Ранняя вакцинация щенков в 6 недель «Мультикан DP» с последующей вакцинацией «Мультикан-DHP» и «Мультикан-L» в 9 недель, а также «Мультикан-DHP» и «Мультикан-LR» в 12 недель, вызывает выработку специфических антител ко всем вирусам, включенным в вакцины, в титрах, обеспечивающих минимальный защитный уровень [36].

В основе вакцины «Мультикан‑8» лежит парвовирус собак CPV‑2 № 23, прошедший адаптацию к клеткам CRFK. Высокий титр антител к парвовирусу собак является подтверждением способности вакцины обеспечивать надежную защиту животных от заражения [37].

Несмотря на доступность вакцинации, парвовирусный энтерит остается серьезной проблемой для популяции собак. Высокая плотность содержания животных и механизм распространения вируса в помете создают благоприятные условия для возникновения и прогрессирования заболевания. Применение альфа-интерферона в комплексной терапии позволяет значительно повысить эффективность лечения и предотвратить развитие тяжелых форм энтерита, снижая риск летального исхода [38].

Особую опасность парвовирус CPV‑2 представляет для щенков в возрасте от 6 недель до 6 месяцев. Вирус демонстрирует высокую скорость эволюции, постоянно порождая новые варианты, такие как CPV‑2a, CPV‑2b и CPV‑2c, которые активно циркулируют в различных регионах мира. Наиболее часто заражение происходит в весенний и осенне-зимний периоды, что связано с характерными для этих сезонов колебаниями температуры и снижением общего иммунитета животных. Несмотря на широкое применение вакцин, вирус продолжает распространяться, что обусловлено влиянием материнских антител у щенков, нивелирующих эффективность вакцинации, и недостаточной степенью защиты у взрослых собак. В связи с этим возникает острая необходимость в постоянном мониторинге генетических и антигенных свойств вновь выявляемых изолятов вируса, что позволит своевременно обновлять состав вакцин и повышать их эффективность [34].

Многообразие циркулирующих изолятов парвовируса — яркое свидетельство его высокой генетической изменчивости и адаптивности. Филогенетический анализ выявляет «горячие точки» в геноме вируса, определяющие основные направления его эволюции. Например, штамм «ЭС‑95» вируса CPV‑2, изолированный в России, образует единый кластер с изолятами, обнаруженными в Канаде, Уругвае и Италии, что указывает на возможные пути распространения вируса и наличие общих источников заражения [39].

Парвовирус собак 2 (CPV‑2) — ДНК-вирус, быстро мутирующий [40] и изменяющий свои свойства. Геном CPV‑2 содержит две открытые рамки считывания, кодирующие неструктурные белки NS1 и NS2, а также капсидные белки VP1 и VP2 [41]. Вариации в структуре капсида могут усиливать распространение и вирулентность вируса [42, 43]. Выявлены мутации, потенциально приводящие к устойчивости к вакцинам [44]. Белок VP2, ключевой для капсида и состоящий из 584 аминокислот, определяет, кого заразит вирус. Он играет важную роль в выработке антител против парвовируса собак 2‑го типа, вызывающего тяжелое заболевание с кровавой диареей, миокардитом и возможным летальным исходом [1, 4, 23, 45, 46]. Белок NS1 важен для патогенности вируса [47]. В южноамериканских образцах обнаружены мутации N351K и N361S. Мутации I60V и L630P [29] становятся все более распространенными. Распространение конкретных мутаций может указывать на появление новых свойств, таких как устойчивость к лекарствам, что повлияет на эффективность вакцин и расширит круг носителей вируса [48].

VP1 и VP2 кодируют белок капсида вируса парвовируса собак 2‑го типа. VP1 длиннее и содержит сигналы ядерной локализации (MAPPAKRARRGLV) [49], важные для заражения клетки. Большинство мутаций в VP1 не меняют аминокислоты и могут регулировать экспрессию генов [50], не влияя на белок капсида. Однако другие N-концевые мутации могут влиять на скорость репликации вируса.

Эволюция VP2 показывает рост мутаций G5A и Q370R в CPV‑2c. Эти мутации могут объяснять неэффективность вакцин против CPV‑2. Предположительно, аминокислота 5 в VP2 участвует в связывании лигандов и проникновении в клетку, но ее роль неясна [51]. Мутация Q370R может влиять на гемагглютинацию и круг хозяев CPV‑2 [52]. VP2, кодирующая капсидный белок CPV‑2, критически важна для вирусной патогенности. Мутации VP2 [53, 54], такие как T440A, ведут к антигенному дрейфу и снижают эффективность вакцин. Замена N93K, аналогичная изменениям в вирусе мышей Minute, влияет на взаимодействие с хозяином и антигенные свойства VP2; она обнаружена в образцах из Ирана и Японии [55]. Эта мутация может снижать эффективность вакцин [56]. Мутации NS1 и VP2 вызывают особую обеспокоенность в Азии и Европе [57]. Обобщенная картина эволюционной изменчивости парвовируса CPV‑2 по итогам анализа источников представлена в таблице.

Эволюционная изменчивость парвовируса CPV‑2

Парвовирус собак	Год	Изменения в гене VP2 и аминокислоте 426 белка VP2	Краткая характеристика
CPV‑2	1978	Нет сведений	Первоначальный CPV‑2 больше не встречается у собак, уступив место новым вариантам. Исходный CPV‑2 заражал только собак, вызывая кишечные расстройства. В отличие от него, варианты CPV‑2a и 2b способны заражать кошек как в лаборатории, так и в обычной жизни
CPV‑2a	1979	В белке VP2 вируса CPV‑2 обнаружены пять основных мутаций: M87L, I101T, A300G, D305Y и V555I. Кроме того, выявлено изменение аминокислоты в позиции 426 белка VP2 (замена N в CPV‑2a)	Различия между CPV‑2 и CPV‑2a возникают из-за мутаций в CPV‑2a. Эти мутации изменяют, например, как вирус реагирует на антитела. Они также меняют способность вируса связываться с рецептором трансферрина кошки. Кроме того, мутации влияют на то, как вирус размножается в организме кошек
CPV‑2b	1984	В гене VP2, отвечающем за капсидный белок, произошли мутации. Эти мутации вызвали замену аминокислоты под номером 426. В вариантах CPV‑2 и CPV‑2a на этой позиции находится Asn, а в CPV‑2b — Asp.Таким образом, CPV‑2b характеризуется наличием Asp вместо Asn в позиции 426 белка VP2	В CPV‑2b, в белке VP2 присутствует мутация N426D. Данная замена вызывает изменения в биологических характеристиках, в частности, в реакции на моноклональные антитела. Важность N426D обусловлена положением остатка 440. Он находится на вершине трехкратного шипа белка VP2. Этот белок расположен на поверхности капсида и является основным антигенным сайтом вируса
CPV‑2с	В конце 1990‑х	Генетические мутации, затрагивающие ген, отвечающий за белок VP2 капсида, вызвали замену аминокислоты. В позиции 426 глутаминовая кислота (Glu) заменила аспарагин (Asn). Это изменение произошло: CPV‑2 и CPV‑2a имели Asn, в то время как CPV‑2c содержит Glu. Изменения в аминокислоте 426 VP2 (E в CPV‑2c)	CPV‑2c быстро проник в разные страны и теперь распространен вместе с CPV‑2a и CPV‑2b. После обнаружения CPV‑2c выявили в Азии, Европе, Северной и Южной Америке, а также в Африке

Примечание. Некоторые мутации парвовируса и их значение:

• Мутация T324I часто встречается в штаммах CPV‑2a в Азии и Южной Америке. Изменения в аминокислоте 324 могут влиять на то, каких животных может заразить вирус.
• T440A важна для CPV, так как остаток 440 находится на поверхности белка VP2, который является основным антигенным сайтом вируса.
• Y544F и E545V — это две мутации, обнаруженные во всех подтипах CPV‑2a, CPV‑2b и CPV‑2c.
• Мутация E572K не наблюдалась в CPV‑2c, но была найдена в 20 образцах CPV‑2a и CPV‑2b.
• В CPV‑2c, собранных после 2015 г., часто встречается изменение аминокислоты 630 (в 16 из 24 случаев).

Источник: [26, 58–61].

Evolutionary variability of parvovirus CPV‑2

Canine parvovirus	Year	Changes in the VP2 gene and amino acid 426 of the VP2 protein	Brief description
CPV‑2	1978	No data	The original CPV‑2 is no longer found in dogs, giving way to new variants. The original CPV‑2 only infected dogs, causing intestinal disorders. In contrast, the CPV‑2a and 2b variants can infect cats both in the laboratory and in the common life
CPV‑2a	1979	Five major mutations were detected in the VP2 protein of the CPV‑2 virus: M87L, I101T, A300G, D305Y, and V555I. Moreover, a change in the amino acid at position 426 of the VP2 protein was detected (N substitution in CPV‑2a)	The differences between CPV‑2 and CPV‑2a arise from mutations in CPV‑2a. These mutations alter, for example, how the virus responds to antibodies. They also alter the virus’s ability to bind to the feline transferrin receptor. Furthermore, the mutations affect how the virus replicates in cats
CPV‑2b	1984	Mutations occurred in the VP2 gene, which is responsible for the capsid protein.These mutations resulted in a substitution at amino acid 426. In CPV‑2 and CPV‑2a, this position is occupied by Asn, while in CPV‑2b, it is occupied by Asp. Thus, CPV‑2b is characterized by the presence of Asp instead of Asn at position 426 of the VP2 protein	In CPV‑2b, the VP2 protein contains the N426D mutation. This substitution causes changes in biological characteristics, particularly in the response to monoclonal antibodies. The importance of N426D stems from the position of residue 440. It is located at the tip of the triple-spike of the VP2 protein. This protein is located on the surface of the capsid and is the main antigenic site of the virus
CPV‑2с	Late 1990s	Genetic mutations affecting the gene responsible for the VP2 capsid protein resulted in an amino acid substitution. At position 426, glutamic acid (Glu) replaced asparagine (Asn). This change occurred: CPV‑2 and CPV‑2a had Asn, while CPV‑2c contains Glu. The change is at amino acid 426 of VP2 (E in CPV‑2c)	CPV‑2c quickly spread to various countries and is now common along with CPV‑2a and CPV‑2b. Since its discovery, CPV‑2c has been detected in Asia, Europe, North and South America, and Africa

Note. Some parvovirus mutations and their significance:

• The T324I mutation is common in CPV‑2a strains in Asia and South America. Changes at amino acid 324 may influence which animals the virus can infect.
• T440A is important for CPV because residue 440 is on the surface of the VP2 protein, which is the major antigenic site of the virus.
• Y544F and E545V are two mutations found in all subtypes of CPV‑2a, CPV‑2b, and CPV‑2c.
• The E572K mutation was not observed in CPV‑2c but was found in 20 CPV‑2a and CPV‑2b samples.
• In CPV‑2c collected since 2015, a change at amino acid 630 is common (in 16 of 24 cases).

Source: [26, 58–61].

Анализ аминокислотных последовательностей выявил ряд замен, включая ключевые мутации (A5G, F267Y, Y324I, Q370R) и новую (I447M) в изолятах CPV‑2. Мутация в позиции 5 (A5G), расположенной в нейтрализующем антигенном участке, может изменить антигенные свойства вируса и его взаимодействие с иммунной системой [19]. Остаток аминокислоты 267 практически не влияет на антигенность вируса, так как не выходит на поверхность капсида [62]. Аминокислоты в позициях 324, 426 и 440, вероятно, влияют на ускользание вируса от иммунитета и снижают защиту вакцин [63]. Генотип CPV‑2c с изолейцином в позиции 324 демонстрирует более ранние цитопатические эффекты в клетках MDCK, чем CPV‑2c с тирозином в этой же позиции [64]. Генетические рекомбинации играют ключевую роль в эволюции парвовирусов [65, 66]. Мутация I447M обнаружена в CPV‑2 изолятах в Китае и Вьетнаме [14, 23], однако не обнаружена в линиях CPV‑2, полученных в Бразилии [67]. Исследования показывают, что аминокислоты 324, 426 и 440 в VP2 подвержены мощному отбору. Аминокислота 324, соседствующая с участком 323, по-видимому, регулирует взаимодействие вируса с рецептором и определяет круг восприимчивых организмов [22, 63].

Заключение

Вирусные геномы отличаются высокой изменчивостью и способны мутировать, что позволяет им ускользать от иммунного ответа. Это объясняет случаи снижения эффективности некоторых существующих вакцин против парвовируса 2‑го типа. Мутации в ключевых участках белка, например в положении N93K, расположенном рядом с петлей 2, могут быть одной из причин подобного явления. Для щенков оптимальна трехкратная схема вакцинации, завершающаяся после достижения ими возраста 16 недель. Введение первой дозы возможно уже с четырехнедельного возраста, и вакцинация может проводиться даже у беременных сук. Формирование иммунного ответа на парвовирусную инфекцию зависит от возраста и массы тела животного, а также от уровня материнских антител, однако не зависит от пола щенка или типа используемой вакцины. Уровень материнских антител варьирует индивидуально, что требует гибкого подхода к выбору времени вакцинации. Применение иммуномодуляторов и ДНК-вакцин способствует формированию устойчивого и продолжительного иммунитета к парвовирусу. Осложнения после вакцинации встречаются сравнительно редко — около 3–4 % случаев, чаще у кастрированных щенков, животных с недостаточной массой тела и в возрасте до девяти месяцев. Вакцины, разработанные на основе штамма NL‑35-D CPV‑2, обеспечивают надежную защиту от различных циркулирующих штаммов вируса.

About the authors

Sergey V. Laptev

Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology - MVA named after K.I. Skryabin

Email: x9131078824@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3023-6976
SPIN-code: 4867-7430

Candidate of Biology Science, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Epizootology and Organization of Veterinary Affairs

23 Akademika Skryabina St., Moscow, 109472, Russian Federation

Marina V. Selina

Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology - MVA named after K.I. Skryabin

Author for correspondence.
Email: project@mgavm.ru
SPIN-code: 1372-2660

Candidate of Pedagogy Science, Associate Professor of the Department of Economics and Digitalization in the Agro-Industrial Complex

23 Akademika Skryabina St., Moscow, 109472, Russian Federation

References

Supplementary files