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我國(guó)有兩種類(lèi)型的棘球蚴病(包蟲(chóng)病),即囊型棘球蚴病(CE)和泡型棘球蚴病(AE)。囊型棘球蚴病由細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)(Echinococcusgranulosus,Eg)引起,泡型棘球蚴病由多房棘球絳蟲(chóng)(E.multilocularis,Em)引起。棘球蚴病控制的長(zhǎng)期性和復(fù)雜性決定了其控制措施應(yīng)是簡(jiǎn)便,經(jīng)濟(jì)和有效的。通過(guò)免疫預(yù)防手段切斷病原循環(huán)鏈?zhǔn)强刂蒲芯康姆较颍鋺?yīng)用將大大縮短控制進(jìn)程[1-2]。20世紀(jì)80年代以前,人們對(duì)寄生蟲(chóng)病的免疫預(yù)防研究多持謹(jǐn)慎態(tài)度,防治重點(diǎn)是在藥物防治方面,有效的藥物治療在寄生蟲(chóng)病的防治中起到了十分重要的作用。但近年來(lái),由于經(jīng)典的抗寄生蟲(chóng)藥(如氯喹、氯苯胍等)對(duì)一些寄生蟲(chóng)病的治療作用不斷減弱,有些地區(qū)(如在非洲)幾乎失去使用價(jià)值。耐藥風(fēng)險(xiǎn)的增加使人們又重新將目光轉(zhuǎn)移到免疫學(xué)預(yù)防方面。然而,蠕蟲(chóng)由于其長(zhǎng)期的適應(yīng)和進(jìn)化,產(chǎn)生了一系列的逃避機(jī)制,加大了疫苗研制的難度。但隨著免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等新技術(shù)的應(yīng)用,抗寄生蟲(chóng)蟲(chóng)苗的研究也取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。
如果通過(guò)免疫接種的方式切斷棘球蚴病原循環(huán)鏈,無(wú)論是消除中間宿主的中絳期,還是終末宿主的成蟲(chóng),或是阻斷蟲(chóng)卵的產(chǎn)生,都可以控制棘球蚴病的傳播。長(zhǎng)期的控制實(shí)踐表明,只有控制技術(shù)的突破,才能迅速控制包蟲(chóng)病。免疫接種犬和綿羊等宿主,將省去高頻度對(duì)犬驅(qū)蟲(chóng)的高投入和困難,加快控制進(jìn)程。另外,從宿主的數(shù)量上講,犬的數(shù)量要比家畜的數(shù)量少幾倍或幾十倍,免疫接種犬,是一種理想化的棘球蚴病控制手段[3]。
在疫苗研制的策略方面,由于中絳期幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)在宿主體內(nèi)寄生部位的不同,對(duì)抗原的篩選和誘導(dǎo)產(chǎn)生的保護(hù)性反應(yīng)也不同。細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)的中絳期即包囊寄生在中間宿主的實(shí)質(zhì)性器官中,抗原誘導(dǎo)的反應(yīng)應(yīng)以誘導(dǎo)系統(tǒng)免疫為主;而成蟲(chóng)寄生在終末宿主的小腸內(nèi),所誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)應(yīng)以誘導(dǎo)局部的腸道粘膜免疫反應(yīng)為主。
同許多傳染病的感染途徑一樣,棘球蚴病也是“病從口入”。中間宿主食入絳蟲(chóng)蟲(chóng)卵后,在胃液胃蛋白酶和小腸胰蛋白酶的作用下脫去卵殼,并激活六鉤蚴,六鉤蚴分泌蛋白酶(穿刺酶)[4]并借助自身的收縮變形運(yùn)動(dòng),使其“破腸壁,進(jìn)血流”,這個(gè)過(guò)程是設(shè)計(jì)中間宿主抗蟲(chóng)疫苗的重要考慮因素。誘導(dǎo)特異的腸道粘膜免疫反應(yīng),阻止六鉤蚴“破腸壁,進(jìn)血流”,和定居應(yīng)是疫苗研制的思路。
孵化后的六鉤蚴可以在很短的時(shí)間內(nèi)定居于靶器官,主要是肝臟和肺臟,通過(guò)免疫接種誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)殺滅和抑制幼蟲(chóng)是疫苗設(shè)計(jì)的思路。一般認(rèn)為多細(xì)胞蠕蟲(chóng)病原體長(zhǎng)期的進(jìn)化和演變使其與宿主產(chǎn)生了共生的關(guān)系,很難通過(guò)免疫接種的途徑消除病原體。但研究表明,通過(guò)疫苗接種,抑制寄生蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育,固著,生殖,運(yùn)動(dòng)和其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收是疫苗研制的突破口。中絳期疫苗研制的靶基因應(yīng)當(dāng)是六鉤蚴定居,包囊生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)代謝有關(guān)的基因;成蟲(chóng)期的靶基因應(yīng)當(dāng)是與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,神經(jīng),生殖,固著和運(yùn)動(dòng)有關(guān)的基因[5]。對(duì)保護(hù)抗原篩選,目前主要采取以下幾種途經(jīng):用感染血清篩選病原體抗原;根據(jù)已知保護(hù)性抗原,克隆同源蛋白抗原;根據(jù)蛋白在病原體發(fā)育的重要性定向并有目的地篩選病原體抗原。
對(duì)帶科絳蟲(chóng)中間宿主抗感染的免疫生物學(xué)研究推動(dòng)了疫苗學(xué)的研究和發(fā)展。最早采用的方法是對(duì)抗再感染能力的評(píng)估,主要是依據(jù)伴隨免疫的特點(diǎn)。中間宿主初次感染帶科絳蟲(chóng)幼蟲(chóng)后,可以激發(fā)伴隨免疫,并可以抵抗再次感染。通過(guò)感染中間宿主,分離血清,用血清篩選六鉤蚴抗原或表達(dá)基因庫(kù),已成功找到幾種抗帶科絳蟲(chóng),例如大鼠寄生的巨頸絳蟲(chóng)(Taeniataeniaeformis),兔體內(nèi)寄生的豆?fàn)顜Ы{蟲(chóng)(T.pisiformis),牛體內(nèi)的牛帶絳蟲(chóng)(T.saginata)和羊體內(nèi)的泡狀帶絳蟲(chóng)(T.hydatigena)幼蟲(chóng)的保護(hù)性抗原[6-8]。羊是細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)最適合的中間宿主。研究表明,一旦羊感染細(xì)粒棘球蚴可以產(chǎn)生很高的抗二次感染的能力。
用帶科絳蟲(chóng)提取物作為抗原接種中間宿主可以產(chǎn)生非常高的免疫保護(hù)。Gemmell首次證明,用激活的六鉤蚴或細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)蟲(chóng)卵的提取物免疫羊,然后對(duì)口服蟲(chóng)卵的攻擊,可獲得高的免疫效果,減少90%的包囊生長(zhǎng)率。兩次或多次接種六鉤蚴抗原,綿羊可產(chǎn)生完全的保護(hù)。用六鉤蚴體外培養(yǎng)物免疫羔羊兩次,可以獲得類(lèi)似的保護(hù)水平[9]。
這些研究清楚地表明,六鉤蚴或其分泌物,是保護(hù)性抗原的重要來(lái)源,這些抗原可引起體內(nèi)完全的或近完全的的保護(hù)效果。為尋找六鉤蚴有效的保護(hù)性抗原,Heath和Lawrence用不同方法分離細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)六鉤蚴抗原,然后免疫羊,獲得了抗血清。再將這些血清用于免疫印跡,并通過(guò)六鉤蚴體外殺傷檢測(cè),確定了細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)六鉤蚴不同組份蛋白的免疫力。用六鉤蚴提取物免疫綿羊后,進(jìn)行攻擊感染實(shí)驗(yàn),獲得的抗血清,能夠殺死體外培養(yǎng)的六鉤蚴。在免疫印跡試驗(yàn)中,血清能與23-25 kDa的六鉤蚴抗原成分發(fā)生明顯的抗原抗體反應(yīng),也能使機(jī)體產(chǎn)生抗六鉤蚴的免疫保護(hù)效果[10]。
用抗23-25 kDa抗原的抗血清篩選六鉤蚴cDNA文庫(kù),獲得了一個(gè)克隆,EG95。通過(guò)亞克隆構(gòu)建到表達(dá)載體上重組EG95-GST融合蛋白,接種綿羊取得了很高的保護(hù)率[11]。EG95疫苗已經(jīng)在新西蘭,澳大利亞,阿根廷,中國(guó)和智利地區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn),其保護(hù)率在96%~100%[12-13]。用EG95免疫袋鼠,無(wú)論是在一個(gè)月或者九個(gè)月后,進(jìn)行攻擊感染實(shí)驗(yàn),EG95都顯示出很高的保護(hù)效果,與綿羊體內(nèi)獲得的保護(hù)效果(96%~100%)相類(lèi)似[14]。目前EG95已經(jīng)在我國(guó)大面積推廣使用,用于棘球蚴病的控制。
目前,隨著各種生物學(xué)新技術(shù),尤其是分子生物學(xué)技術(shù)在寄生蟲(chóng)學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用,寄生蟲(chóng)免疫學(xué)研究也不斷取得進(jìn)展,在澳大利亞利用基因工程技術(shù)可以規(guī)模化生產(chǎn)牛巴貝斯蟲(chóng)基因工程苗,人用惡性瘧原蟲(chóng)基因工程苗已在坦桑尼亞等非洲國(guó)家試用了多年,并取得了令人振奮的臨床保護(hù)效果??菇{蚴病重組蛋白疫苗,其中包括用于羊接種的抗羊帶絳蟲(chóng)(Taeniaovis)病、用于牛接種的抗牛囊蟲(chóng)(牛帶絳蟲(chóng),T.sagatina)病、用于豬接種的抗豬囊蟲(chóng)(豬帶絳蟲(chóng),T.solium)病的疫苗取得重大進(jìn)展[15]。這些疫苗都是從絳蟲(chóng)的六鉤蚴(蟲(chóng)卵)分離的蛋白,經(jīng)基因的克隆,表達(dá)載體的亞克隆,在大腸桿菌或酵母菌中表達(dá);再經(jīng)蛋白的純化,與適當(dāng)?shù)淖魟┡湮楹?,制備出重組疫苗。帶科絳蟲(chóng)的六鉤蚴抗原可以誘導(dǎo)中間宿主產(chǎn)生保護(hù)性免疫可能是一個(gè)共性,已經(jīng)成為疫苗研制中抗原篩選的方向。
根據(jù)EG95的基因序列,從E.multilocularis分離同源基因(EM95)與EG95有80%的等同序列。EM95與GST融合蛋白在大腸桿菌中表達(dá)和純化后,接種小鼠,然后口服多房棘球絳蟲(chóng)蟲(chóng)卵,結(jié)果表明使小鼠產(chǎn)生了83%的抗感染保護(hù)率[16]。
細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)的成蟲(chóng)寄生在犬科動(dòng)物的小腸內(nèi),成熟后向體外隨糞便排出大量的蟲(chóng)卵,使人和其它中間宿主感染致病。因此,蟲(chóng)卵是原發(fā)性棘球蚴病感染的真正病原體。犬是細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)最主要的終末宿主,在流行病學(xué)中具有重要意義,對(duì)棘球蚴病的傳播流行起著關(guān)鍵的作用。控制研究表明,通過(guò)在成蟲(chóng)成熟期前驅(qū)蟲(chóng),阻斷成蟲(chóng)向環(huán)境中排放蟲(chóng)卵,以切斷病源的傳播,可以控制該病的流行[17]。如果用免疫接種的方法達(dá)到減少細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)在犬體內(nèi)的荷蟲(chóng)數(shù)或阻止蟲(chóng)卵的產(chǎn)生將極大簡(jiǎn)化控制措施,加快棘球蚴病的控制進(jìn)程。在我國(guó)采取 “犬犬投藥,月月驅(qū)蟲(chóng)”的無(wú)蟲(chóng)卵污染驅(qū)蟲(chóng)措施,可以阻斷病原的傳播[17]。但高頻度的驅(qū)蟲(chóng)在牧區(qū)的執(zhí)行有很大的困難,若能對(duì)犬實(shí)施免疫接種預(yù)防,可以極大程度減少防控的工作量,加快包蟲(chóng)病的控制。
在上世紀(jì)60到80年代,由新西蘭,澳大利亞和前蘇聯(lián)的科學(xué)家在犬抗細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)方面,尤其是在抗原的篩選方面進(jìn)行了研究。Gemmell給犬接種成蟲(chóng)和原頭蚴抗原,證明可使犬產(chǎn)生部分保護(hù)[3]。犬經(jīng)過(guò)反復(fù)感染(最多八次)原頭蚴可以提高抗感染能力,并且發(fā)現(xiàn)原頭蚴生長(zhǎng)被阻止,發(fā)育遲緩。給犬口服感染被輻射過(guò)的原頭蚴,其生長(zhǎng)發(fā)育也受到阻礙。最近在不同高發(fā)流行國(guó)家和地區(qū)的流行病學(xué)調(diào)查表明,老齡犬的荷蟲(chóng)數(shù)遠(yuǎn)比幼犬體內(nèi)的荷蟲(chóng)數(shù)低。說(shuō)明犬產(chǎn)生了獲得性免疫保護(hù),而使其荷蟲(chóng)數(shù)降低[18]。
從寄生生物學(xué)上講,細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)在犬小腸中的寄生有其獨(dú)有的特點(diǎn)。該絳蟲(chóng)的頭節(jié)深埋于腸粘膜系統(tǒng)的Lieberk?hn小體,常常導(dǎo)致腸表皮細(xì)胞的損傷,說(shuō)明發(fā)育中的細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)與犬腸粘膜上皮組織有著緊密的結(jié)合,為此,該成蟲(chóng)也被稱(chēng)之為“組織蠕蟲(chóng)”。由于這種緊密的結(jié)合,使得蟲(chóng)體抗原可以進(jìn)入犬體腸道細(xì)胞內(nèi)并被系統(tǒng)免疫和局部免疫系統(tǒng)所識(shí)別,激發(fā)一系列的抗蟲(chóng)免疫[3]。
另外,哺乳動(dòng)物的腸腔內(nèi)可以發(fā)生一系列的免疫反應(yīng),比如上皮M細(xì)胞產(chǎn)生分泌型的免疫球蛋白IgA (sIgA),粘膜肥大細(xì)胞(MMC)分泌白三烯和幼蟲(chóng)移行抑制復(fù)合物,抗體依賴(lài)性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性等,這些反應(yīng)在抗蟲(chóng)免疫中都起到重要的作用。
重組技術(shù)是疫苗生產(chǎn)上的一個(gè)重大技術(shù)突破,但到目前為止,僅有少數(shù)幾個(gè)蛋白分子用于疫苗評(píng)估。Zhang等用差異顯示PCR(Differential display PCR)技術(shù)獲得了3個(gè)基因 (EgM4,EgM9 和EgM123),屬于一種新的EgM蛋白家族。EgM家族基因僅在Eg成熟成蟲(chóng)(MAWs)階段表達(dá),可能參與成蟲(chóng)的成熟和卵的發(fā)育[19]。用大腸桿菌表達(dá)EgM9和EgM123并接種犬,感染45 d后進(jìn)行剖檢,可誘導(dǎo)犬產(chǎn)生95%的減蟲(chóng)免疫保護(hù)[20]。Chabalgoity 等將Eg的脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)連接到鼠傷寒沙門(mén)(氏)菌減活菌株LVR01的aroC上,通過(guò)口服接種犬,結(jié)果顯示這一疫苗有很強(qiáng)的耐受性,并檢測(cè)到了特異性抗體及細(xì)胞應(yīng)答[21]。將表達(dá)的Em基因片段(II/3-10)編碼種屬特異性抗原的鼠傷寒沙門(mén)(氏)菌LT2 M1C中免疫犬,在免疫早期也可得到相似的結(jié)果;通過(guò)皮下接種的方式將這個(gè)重組疫苗接種犬也會(huì)誘發(fā)強(qiáng)的體液免疫和淋巴細(xì)胞增殖[22]。用成蟲(chóng)的兩種重組蛋白—原肌球蛋白 (EgTrp) 和纖維狀蛋白 (EgA31)制成犬用口服疫苗,通過(guò)口服免疫使犬對(duì)抵抗Eg成蟲(chóng)產(chǎn)生保護(hù),犬的荷蟲(chóng)數(shù)減少了70%~80%,并且蟲(chóng)體發(fā)育受阻[23]。
保護(hù)性抗原的篩選是研制犬抗蟲(chóng)疫苗的當(dāng)務(wù)之急。細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)是一個(gè)多細(xì)胞寄生蟲(chóng),只有采取多抗原多位點(diǎn)的攻擊,才能取得保護(hù),而疫苗的效應(yīng)應(yīng)該是減少原頭蚴的轉(zhuǎn)化和在腸粘膜的固著以及阻止蟲(chóng)體的發(fā)育。
終末宿主是吞食了包蟲(chóng)囊內(nèi)的原頭蚴,在其胃腸道組織液的作用下,原頭蚴經(jīng)過(guò)外翻,變形蠕動(dòng),并且可能通過(guò)體表的蛋白肽感受體,找到小腸適當(dāng)?shù)奈恢枚ň?,而寄生的部位是腸內(nèi)蛋白肽最多的部位。絳蟲(chóng)通過(guò)吸盤(pán)的吸附作用和頭鉤的錨定作用,固定在腸粘膜的利比昆小體的凹槽內(nèi)。疫苗研制的策略可以通過(guò)抗體封閉蟲(chóng)體表面的蛋白肽受體和蛋白肽趨化感受器,使蟲(chóng)體不能在蛋白肽富集的小腸部位寄生,這樣蟲(chóng)體便不會(huì)很好地發(fā)育或直接被排除體外以減少蟲(chóng)體的數(shù)量。犬對(duì)細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)感染不僅可以產(chǎn)生很強(qiáng)的腸道粘膜免疫反應(yīng),而且可以引起體液免疫[24-26]。試驗(yàn)表明犬血清中含有蟲(chóng)體抗原的抗體時(shí),不易感染[24]。補(bǔ)體的殺傷和裂解也可能是重要的保護(hù)機(jī)制之一[27-28],但長(zhǎng)期以來(lái),免疫因子與抗蟲(chóng)保護(hù)的關(guān)系沒(méi)有定論。研究表明[23-24,29],血清IgG,腸道粘膜IgA,Th2 和Th1 淋巴因子與荷蟲(chóng)量沒(méi)有相關(guān)性[26]。但由于試驗(yàn)所用的犬?dāng)?shù)太少,而無(wú)法確定這些免疫因子與保護(hù)的關(guān)系。
犬免疫研制停滯的另一個(gè)原因是保護(hù)性抗原篩選的缺乏。隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展,尤其是最近發(fā)表的Eg,Em和其它幾個(gè)蠕蟲(chóng)的基因組和蟲(chóng)體不同發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組,不僅使我們對(duì)Eg的生物學(xué)有了更深的了解,同時(shí)使我們掌握了一批研制抗成蟲(chóng)感染的候選基因[5,30]。另外,由于人們對(duì)腸道粘膜免疫的深入了解,使得研制抗腸道寄生蟲(chóng)疫苗成為可能。
通過(guò)感染和化藥驅(qū)蟲(chóng)[31]建立了抗感染模型[32],證明Eg感染可以使犬產(chǎn)生強(qiáng)的Th2極性反應(yīng)。兩輪感染和驅(qū)蟲(chóng)治療后,犬產(chǎn)生了抗蟲(chóng)免疫,蟲(chóng)體的數(shù)量明顯減少,Th2免疫反應(yīng)向Th1發(fā)展,說(shuō)明Th1反應(yīng)與抗性有關(guān)。IL-10,TGF-beta與荷蟲(chóng)量沒(méi)有關(guān)系[32]。
目前還沒(méi)有一種用于接種犬科動(dòng)物的疫苗預(yù)防棘球絳蟲(chóng)的感染。由于包蟲(chóng)病防控的長(zhǎng)期性,對(duì)犬免疫接種的研究是必須的。從接種量和經(jīng)濟(jì)的角度考慮,犬接種將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)中間宿主的接種。使用適當(dāng)?shù)淖魟﹣?lái)改進(jìn)疫苗也是今后研究的方向。細(xì)菌表達(dá)產(chǎn)物、來(lái)自于植物中的天然化合物以及微粒給藥系統(tǒng)是目前被廣泛研究的疫苗載體,并且有可能作為粘膜佐劑。Carol等用Eg原頭蚴的皮層抗原和ISCOMS以滴鼻的方式免疫犬,在唾液中檢測(cè)到了引起的粘膜IgA應(yīng)答,在外周血中特異分泌IgA的細(xì)胞也增加了10-20倍[29]。雖然沒(méi)有更深入的報(bào)道,這種方法作為犬科動(dòng)物宿主Eg和Em疫苗的遞藥系統(tǒng)可以作為進(jìn)一步的研究方向。將細(xì)粒棘球絳蟲(chóng)疫苗做成食餌喂犬是一種非常適當(dāng)?shù)姆椒?,如果能與減活的鼠傷寒沙門(mén)(氏)菌一起進(jìn)行口服免疫將是一種切實(shí)可行的途徑。在疫區(qū)應(yīng)用同樣的方法,組合的狂犬病/包蟲(chóng)病口服疫苗將會(huì)使包蟲(chóng)病疫苗更便于應(yīng)用。自然感染的犬已被免疫,是否免疫接種可以加強(qiáng)免疫使犬產(chǎn)生更有效的保護(hù)還不清楚,有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。同樣,感染其它絳蟲(chóng)例如泡狀帶絳蟲(chóng)是否會(huì)影響疫苗的功效,重復(fù)的使用驅(qū)蟲(chóng)劑是否會(huì)加強(qiáng)接種疫苗的效果也同樣沒(méi)有任何數(shù)據(jù)。如果研制疫苗的方向是抑制蟲(chóng)卵的產(chǎn)生,那么疫苗接種后探明蟲(chóng)體在腸道的存活和蟲(chóng)卵的發(fā)生是至關(guān)重要的。
研制有效犬科動(dòng)物Em疫苗目前還沒(méi)有進(jìn)展,并且還不清楚原型Eg犬疫苗是否會(huì)提供一種交叉保護(hù)作用??刂艵m野生動(dòng)物傳播循環(huán),在多數(shù)地區(qū)都是非常困難的,尤其是狐貍分布廣泛。然而在一些AE疫區(qū),家犬在AE的傳播染中扮演著很重要的角色。接種犬預(yù)防泡球蚴病感染人群是今后泡球蚴防控研究方向。
犬是Eg最主要的終末宿主,在包蟲(chóng)病的傳播中起到關(guān)鍵作用,調(diào)查證明我國(guó)人、畜包蟲(chóng)病基本來(lái)源于犬。在我國(guó)西北農(nóng)牧區(qū),犬是家畜數(shù)量的四十分之一,所以對(duì)犬實(shí)行免疫預(yù)防具有實(shí)用性。包蟲(chóng)病控制是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,其長(zhǎng)期性表現(xiàn)為兩個(gè)方面:一是實(shí)際控制需要20~30年,二是控制后需要一個(gè)鞏固期,一般在島嶼國(guó)家或地區(qū)需要10~20年,內(nèi)陸國(guó)家或地區(qū)將需要更長(zhǎng)時(shí)間,疫苗的研制是包蟲(chóng)病控制的發(fā)展方向。
中國(guó)人獸共患病學(xué)報(bào)2018年9期