牛结核病(bovine tuberculosis,bTB)是一种主要由牛分枝杆菌(Mycobacterium bovis,M.bovis)感染引起的慢性消耗性人兽共患传染病。该病可通过病牛咳嗽喷出的飞沫或悬浮在空气中的带菌尘埃经呼吸道传播,也可通过摄取带菌的食物、饮水而经消化道传播。症状因发病部位不同而异,常表现为肺结核和淋巴结核,也可出现乳房结核、浆膜结核和肠结核等其他组织器官结核。我国是bTB高负担国家,流行率约为0~15%,资料表明,建国后,我国bTB的主要表现形式为肺结核,其他国家普遍实行牛奶巴氏灭菌后bTB表现形式也是以肺结核为主。但是,进入21世纪,全国bTB流行病学调查发现一个令人困惑的普遍现象:采用PPD方法检疫结果呈阳性的牛无咳嗽等呼吸道症状,剖检极少发现肺脏结核病变。为进一步了解我国部分地区bTB的流行情况,揭示奶牛场PPD阳性牛与剖检肺脏结核病变不对应、不吻合的原因,探究其传染源、传播途径及病原特性,本研究在14个省份及新疆生产建设兵团开展bTB流行病学调查,选取8个规模化奶牛场进行免疫学综合诊断、系统剖检、病理组织学检查、病原分离鉴定、动物致病性试验、菌株全基因组测序、系统进化分析等生物学特性研究。1.2015-2018年,采用比较皮内变态反应(SICCT)和IFN-γ试验对我国14个省份和新疆生产建设兵团进行bTB流行病学调查,并采集SICCT或IFN-γ试验阳性牛病料,进行细菌分离鉴定。利用SICCT方法,共计在6,943头牛中检出阳性1,594头,平均个体阳性率为22.96%;共计在185个场户中检出阳性场114个,平均场群阳性率为61.62%。IFN-γ试验共计在8,677头牛中检出阳性1,786头,平均个体阳性率为20.58%;共计在236个场户中检出阳性场150个,平均场群阳性率为63.56%。共计从64.44%(87/135)的bTB阳性牛中分离到细菌,分离株经结核分枝杆菌复合群两级多重PCR鉴定,其中72株为M.bovis,11株为M.avium,4株为其他分枝杆菌。流行病学调查结果显示,我国部分地区bTB阳性率仍呈高流行态势,14个省份和新疆生产建设兵团均有bTB流行。但现场调查发现,PPD或IFN-γ试验阳性牛很少表现咳嗽、呼吸困难和极度消瘦等典型肺结核症状,而且,由于上述原因,在基层出现了对bTB阳性牛扑杀正当性的怀疑及正常检疫难以实施的现象。2.为调查目前规模化奶牛场bTB的表现形式,揭示PPD阳性牛与剖检肺脏病变不吻合的真实原因,并确定其传染源及传播途径,对3个省份8个规模化奶牛场的13,345头奶牛进行SICT、SICCT、IFN-γ试验、PPD点眼反应和ELISA抗体检测5种免疫学综合诊断,剖检后期感染牛并采集病料进行病理组织学检查和病原分离鉴定。结果显示,综合判定后期感染牛752头,剖检151头,有131头(86.75%)眼观可见明显结核病变,其中119头(占90.84%)病变发生在肝脏、脾脏、肠系膜淋巴结、乳房淋巴结等肺外组织器官,仅12头(占9.16%)病变发生在肺脏。HE染色表明151头剖检牛组织切片镜下均可见不同程度的结核病理变化,Ziehl-Neelsen抗酸染色显示26头牛组织切片中可见红染的结核杆菌。并从60.26%(91/151)的剖检阳性牛中分离到细菌,且经qPCR、GeneXpert MTB/RIF和Enigma鉴定均为M.bovis。综合诊断结果表明,8个规模化奶牛场bTB主要表现为肺外结核,病变主要分布在肠系膜淋巴结、肠道、肝脏和脾脏等肺外组织器官,且值得注意的是,71.26%的肺外结核与胃肠道有关。而且现场调查、临床表现、剖检病变、病理组织学检查、病原分离鉴定结果均提示试验牛场肺外结核的传播途径可能是消化道,主要或因牛饮食被M.bovis污染的牛奶或饲草料而感染。3.为验证试验牛场肺外结核的传染源及传播途径,从8个规模化奶牛场共采集54份奶样(其中8份为来自8个牛场的产房混合乳,46份为阳性牛奶样)、54份粪便(其中8份为来自8个牛场粪便处理池的混合粪便样品,46份为阳性牛粪便样品)分别进行qPCR检测和细菌分离培养。qPCR结果显示,8份产房混合乳均为M.bovis核酸阳性,39份阳性牛奶样为M.bovis核酸阳性;8份混合粪便均为M.bovis核酸阳性,34份阳性牛粪便样品为M.bovis核酸阳性。从54份奶样中分离培养出12株M.bovis,但未从粪便中成功分离出M.bovis。结果表明,8个规模化奶牛场肺外结核是经由产房带菌的初乳和常乳以及粪口传播引起的消化道传播所致。4.为研究分离株的致病性,选择代表性分离株(113、105)和阳性对照菌株(M.bovis AN5)进行家兔感染试验。分组并经腹腔注射、口服、滴鼻3种途径感染家兔,8周后剖检,无菌采集各组家兔组织器官进行病理组织学检查和组织匀浆活菌培养。家兔病理组织学变化主要发生在肺脏、肺门淋巴结、肠系膜淋巴结和脾脏,可见典型肉芽肿病变,三层结构清晰,中心干酪样坏死层、上皮样细胞和多核巨细胞构成的特殊肉芽层和淋巴细胞构成的普通肉芽组织层,还可见马蹄样或花环状的郎罕氏巨细胞存在,其他组织镜下未见病变。Z-N抗酸染色在肺脏、肺门淋巴结、肠系膜淋巴结可见红染杆状细菌。实验组家兔剖检病变比阳性对照组家兔剖检病变累及范围更广泛,病变程度更严重,从实验组和阳性对照组家兔体内均可回收到细菌,且实验组CFU高于阳性对照组,表明肺外结核分离株表现出较强的致病性,具有感染牛并在牛群中传播的潜在风险。5.利用24位点MIRU-VNTR基因分型方法对分离株进行基因分型,并对典型菌株进行全基因组测序和系统进化分析。MIRU-VNTR基因分型结果表明,分离株聚类为三个大群,同一地区分离株亲缘关系较近,可能来自相同的进化分枝,且M.bovis具有独特的地理性差异。对10株分离株进行全基因组测序,同源性分析表明10株分离株均为M.bovis,与标准株M.bovis AF2122/97同源性在98.80%~99.31%;系统发育分析表明10株分离株分为两簇,分别与M.bovis AF2122/97和M.bovis 30亲缘关系较近。综上所述,这是我国首次对bTB肺外组织器官病变分布进行详细调查,证实经消化道传播的肺外结核在我国多个省份奶牛场呈现高患病率。本研究确定了我国部分省份bTB的流行特征,建立了肺外结核综合诊断策略,并确定了肺外结核分离株的致病能力。为当前行业存在的PPD阳性牛扑杀难的问题提供了有力证据,为大型牧场快速降低bTB阳性率提供了诊断策略和防控指导,为我国bTB流行株的溯源及遗传特征分析提供了数据支持,也为我国制定bTB控制和根除计划提供了决策依据。