Pathogenesis of meningoencephalitis in rabbits by bovine herpesvirus type-5 (BHV-5)

NTPDase and 5'-nucleotidase activities in synaptosomes of rabbits experimentally infected with BoHV-5

Bovine herpesvirus type 5 (BoHV-5) is the causative agent of herpetic meningoencephalitis in cattle. The purinergic system is described as a modulator of the immune response and neuroinflammation. These functions are related to the extracellular nucleotides concentration. NTPDase and 5'-nucleotidase are enzymes responsible for controlling the extracellular concentration of adenosine triphosphate (ATP), adenosine diphosphate (ADP), adenosine monophosphate (AMP), and adenosine (ADO). The aim of this study is to determinate the ectonucleotidase activity in cortical synaptosomes and synaptosomes from the hippocampus of rabbits experimentally infected with BoHV-5. Rabbits were divided into four groups, two control groups (non-inoculated animals), and two infected groups (inoculated with BoHV-5). The infected groups received 0.5 ml of BoHV-5 suspension with 10(7.5)TCID50 of viral strain SV-507/99, per paranasal sinuses, and the control groups received 0.5 ml of minimum essential media per paranasal sinuses. Animals were submitted to euthanasia on days 7 and 12 post-inoculation (p.i.); cerebral cortex and hippocampus were collected for the synaptosomes isolation and posterior determination of the ectonucleotidase activities. The results showed a decrease (P < 0.05) in ectonucleotidase activity in synaptosomes from the cerebral cortex of infected rabbits, whereas an increased (P < 0.05) ectonucleotidase activity was observed in synaptosomes from the hippocampus. These differences may be related with the heterogeneous distribution of ectonucleotidases in the different brain regions and also with the viral infectivity. Therefore, it is possible to speculate that BoHV-5 replication results in changes in ectonucleotidase activity in the brain, which may contribute to the neurological signs commonly observed in this disease.

Systemic infection induced by intranasal inoculation of Bovine herpesvirus 1.1 in pregnant and non-pregnant rabbits

Bovine herpesvirus (BoHV) type 1.1 (BoHV-1.1) causes repeated outbreaks of upper respiratory disease and abortion in cattle. The systemic effects of BoHV-1.1 in rabbits, using intranasal inoculation are reported. Female rabbits were divided into four groups and inoculated with the virus 10 days before mating, and at 15 or 22 days of pregnancy. Studies of the clinical signs, antibody production, virus isolation, and DNA detection as well as histological and immunohistochemical studies were carried out on lungs, kidneys, spleen, placentas, uteri and foetal tissues. All virus-inoculated animals developed respiratory clinical signs and a humoral response. BoHV-1.1 was isolated from nasal swabs and plasma rich in leukocytes, and viral DNA was detected in blood, dead foetuses and placentas. Histopathological lesions were found in the respiratory tract and some placentas and foetuses were immunohistochemically positive. Intranasal inoculation might be useful to study the systemic effects of BoHV-1.1 infection in the rabbit model.

Bovine herpesvirus-5 infection in a rabbit experimental model: immunohistochemical study of the cellular response in the CNS

Since little information is available regarding cellular antigen mapping and the involvement of non-neuronal cells in the pathogenesis of bovine herpesvirus type 5 (BHV-5) infection, it were determined the BHV-5 distribution, the astrocytic reactivity, the involvement of lymphocytes and the presence of matrix metalloproteinase (MMP)-9 in the brain of rabbits experimentally infected with BHV-5. Twelve New Zealand rabbits that were seronegative for BHV-5 were used for virus inoculation, and five rabbits were used as mock-infected controls. The rabbits were kept in separate areas and were inoculated intranasally with 500 μl of virus suspension (EVI 88 Brazilian isolate) into each nostril (virus titer, 10(7.5) TCID50). Control rabbits were inoculated with the same volume of minimum essential medium. Five days before virus inoculation, the rabbits were submitted to daily administration of dexamethasone. After virus inoculation, the rabbits were monitored clinically on a daily basis. Seven rabbits showed respiratory symptoms and four animals exhibited neurological symptoms. Tissue sections were collected for histological examination and immunohistochemistry to examine BHV-5 antigens, astrocytes, T and B lymphocytes and MMP-9. By means of immunohistochemical and PCR methods, BHV-5 was detected in the entire brain of the animals which presented with neurological symptoms, especially in the trigeminal ganglion and cerebral cortices. Furthermore, BHV-5 antigens were detected in neurons and/or other non-neural cells. In addition to the neurons, most infiltrating CD3 T lymphocytes observed in these areas were positive for MMP-9 and also for BHV-5 antigen. These infected cells might contribute to the spread of the virus to the rabbit brain along the trigeminal ganglia and olfactory nerve pathways.

Efeitos do Foscarnet sobre a infecção pelos herpesvírus bovino tipos 1 e 5 em coelhos

O efeito antiviral do Foscarnet (PFA) foi demonstrado anteriormente em células de cultivo infectadas com três herpesvírus bovino (BoHV). No presente estudo, investigaram-se os seus efeitos sobre a infecção e doença causadas pelo BoHV-1 e BoHV-5 em coelhos infectados experimentalmente. Coelhos inoculados com o BoHV-5 pela via intraconjuntival (IC) e tratados com o PFA (100mg/kg/dia) a partir do dia 1 pós-inoculação (pi) apresentaram uma redução nos títulos de vírus excretados entre os dias 2 e 6 pi em comparação com o grupo não-tratado; essa diferença foi significativa no dia 3 pi [F(9,108) = 2,23; P<0,03)]. Os coelhos inoculados com o BoHV-5 e tratados com o PFA apresentaram uma redução significativa nos índices de morbidade e mortalidade (95,4% [21/22] nos controles; 50% [11/22] nos tratados; [P<0,0008]). Em coelhos inoculados com o BoHV-1 pela via IC, o tratamento com o PFA resultou em redução nos títulos de vírus excretados, entre os dias 1 e 4, e 6 e 7 pi. Esses animais apresentaram um período de incubação mais curto e um curso clínico mais longo comparando-se com o grupo controle não tratado (P<0,005 e P<0,04, respectivamente). O PFA também reduziu a freqüência e severidade da doença ocular nos coelhos inoculados com o BoHV-1. Esses resultados demonstram que o PFA possui atividade frente ao BoHV-1 e BoHV-5 in vivo e são promissores para o uso desse fármaco em terapias experimentais das infecções herpéticas dos animais domésticos.

Experimental infection of rabbits with a recombinant bovine herpesvirus type 5 (BoHV-5) gI, gE and US9-negative

Bovine herpesvirus type 5 (BoHV-5) is a major cause of viral meningoencephalitis in cattle. The expression of different viral proteins has been associated with BoHV-5 neuropathogenesis. Among these, gI, gE and US9 have been considered essential for the production of neurological disease in infected animals. To evaluate the role of gI, gE and US9 in neurovirulence, a recombinant from which the respective genes were deleted (BoHV-5 gI-/gE-/US9-) was constructed and inoculated in rabbits of two age groups (four and eight weeks-old). When the recombinant virus was inoculated through the paranasal sinuses of four weeks-old rabbits, neurological disease was observed and death was the outcome in 4 out of 13 (30.7 %) animals, whereas clinical signs and death were observed in 11/13 (84.6%) of rabbits infected with the parental virus. In eight weeks-old rabbits, the BoHV-5 gI-/gE-/US9- did not induce clinically apparent disease and could not be reactivated after dexamethasone administration, whereas wild type BoHV-5 caused disease in 55.5% of the animals and was reactivated. These findings reveal that the simultaneous deletion of gI, gE and US9 genes did reduce but did not completely abolish the neurovirulence of BoHV-5 in rabbits, indicating that other viral genes may also play a role in the induction of neurological disease.

Neuropatogênese experimental da infecção pelo herpesvírus bovino tipo 5 em coelhos

Vários aspectos da biologia do herpesvírus bovino tipo 5 (BoHV-5) têm sido estudados em coelhos, que desenvolvem infecção aguda e doença neurológica após inoculação experimental. A infecção aguda é seguida pelo estabelecimento de infecção latente, que pode ser reativada natural ou artificialmente. Os primeiros experimentos nesta espécie estabeleceram um protocolo de inoculação e monitoramento da infecção, e caracterizaram os principais aspectos virológicos, clínicos e patológicos da infecção aguda. A patogenia da infecção aguda, desde a replicação viral nos sítios de inoculação, vias e cinética de transporte viral até o encéfalo, distribuição e replicação viral no sistema nervoso central (SNC), tropismo celular e tecidual, manifestações clínicas e patologia no SNC foram detalhadamente estudados nestes animais. Posteriormente, vários aspectos biológicos e moleculares da infecção latente também foram elucidados a partir de inoculações de coelhos. Os coelhos também têm sido utilizados para estudar o fenótipo (neuroinvasividade, neurovirulência) de isolados de campo e de cepas vacinais recombinantes, proteção por imunidade passiva, proteção vacinal, eficácia de drogas anti-virais e terapêuticas de suporte da infecção neurológica. Este modelo experimental também foi utilizado para o estudo da origem e distribuição dos estímulos elétricos produzidos durante as convulsões - uma característica da infecção neurológica pelo BoHV-5 -, e para testes de medicamentos anti-convulsivantes. Ressalvadas as diferenças que certamente existem entre bovinos - os hospedeiros naturais - e coelhos, as observações oriundas deste modelo experimental tem contribuído sobremaneira para o conhecimento da biologia do BoHV-5. O presente trabalho apresenta uma coletânea de resultados e observações, publicadas ou não pelo grupo, ao longo de mais de uma década, envolvendo inoculações de coelhos para estudar diversos aspectos da infecção pelo BoHV-5.

O Herpesvírus bovino tipo 5 (BoHV-5) pode utilizar as rotas olfatória ou trigeminal para invadir o sistema nervoso central de coelhos, dependendo da via de inoculação

O herpesvírus bovino tipo 5 (BoHV-5) é um agente importante de meningoencefalite em bovinos. Após replicação na mucosa nasal, acredita-se que o vírus invada o cérebro principalmente pela via olfatória. Para investigar a importância dessa via na patogenia da infecção neurológica em um modelo animal, coelhos recém-desmamados (30 dias) foram submetidos à ablação cirúrgica dos bulbos olfatórios (BOs) e posteriormente inoculados pela via intranasal (IN) ou no saco conjuntival (IC) com uma cepa altamente neurovirulenta do BoHV-5 (SV-507). Após inoculação IN, 10/10 coelhos no Grupo Controle (com BOs) desenvolveram enfermidade neurológica, com início dos sinais clínicos entre os dias 5 e 10 pós-inoculação (pi) (média de 7,5 dias); em contraste, no grupo submetido à ablação dos BOs (n=11), apenas um animal (9,1%) desenvolveu doença neurológica (início no dia 17pi). Administração de dexametasona aos animais sobreviventes (n=10) no dia 50 pi resultou em excreção viral em secreções nasais e/ou oculares por oito destes, demonstrando que o vírus foi capaz de atingir o gânglio trigêmeo (TG) durante a infecção aguda. Esses resultados demonstram que a rota olfatória representa a via principal, mas não única, de acesso ao cérebro de coelhos após inoculação IN. Para investigar o papel de uma segunda possível via de acesso, grupos de coelhos controle (n=12) ou submetidos à ablação dos BOs (n=12) foram inoculados no saco conjuntival (IC), após o qual o vírus poderia utilizar o ramo oftálmico do nervo trigêmeo para invadir o cérebro. Dez coelhos controle (83,3 %) desenvolveram doença neurológica após inoculação IC, com início dos sinais entre os dias 11 e 20 (média 15,3 dias). A ablação prévia dos BOs não afetou a freqüência ou o curso da doença neurológica nesse grupo: 10/12 coelhos (83,3 %) sem os BOs desenvolveram a doença neurológica, com os sinais iniciando entre os dias 9 e 15pi (média 12,7 dias). Esses resultados demonstram que tanto a via olfatória como a trigeminal podem servir de acesso para o BoHV-5 invadir o cérebro de coelhos inoculados experimentalmente, dependendo da via de inoculação. Inoculação IN resulta em um transporte rápido e eficiente pela via olfatória; com a via trigeminal servindo de acesso mais lento e menos eficiente. Inoculação IC resulta em transporte e invasão eficientes, porém mais tardios, provavelmente pela via trigeminal.

Neurovirulência e neuroinvasividade de herpesvírus bovinos tipos 1 e 5 em coelhos

Com o objetivo de avaliar a capacidade dos herpesvírus bovinos tipos 1 e 5 (BHV-1 e BHV-5) de invadir e replicar no sistema nervoso central (SNC) (neuroinvasividade), bem como sua capacidade de induzir doença neurológica (neurovirulência), coelhos com 30 a 35 dias de idade foram inoculados com uma amostra do Herpesvírus da Encefalite Bovina (BHV-5; amostra EVI 88/95) ou com amostras de BHV-1 (Los Angeles ou Cooper), pelas vias intratecal (IT) e intranasal (IN). A inoculação da amostra de BHV-5, tanto pela via IT como IN, induziu sinais clínicos neurológicos em 100% (12/12) dos coelhos inoculados. Os exames histopatológicos revelaram um quadro de meningoencefalite não-purulenta multifocal, caracterizada por gliose multifocal e infiltrados perivasculares. O vírus foi isolado de várias áreas do SNC desses animais. As amostras de BHV-1, quando inoculadas pela via IT, não foram neurovirulentas. A amostra Los Angeles de BHV-1, quando administrada pela via IN, induziu sinais respiratórios severos, além de sinais neurológicos em 57% (4/7) dos animais inoculados. Entretanto, o exame histopatológico destes quatro animais revelou vasculite e trombose no pulmão e cérebro, este último apresentando focos de necrose neuronal, porém sem lesões indicativas de encefalite. Isso sugere que os sinais neurológicos foram, provavelmente, conseqüentes a prejuízos no fluxo sangüíneo encefálico, e não a danos neuronais provocados pela inoculação desse vírus. A amostra Cooper de BHV-1, quando inoculada pela via IN, induziu apenas sinais leves de infecção respiratória. Estes resultados indicam que apenas a amostra de BHV-5 foi capaz de invadir e replicar no encéfalo dos coelhos quando inoculada tanto por via IN como IT, apresentando neuroinvasividade e neurovirulência. É possível que estas observações tenham relação com o fato de amostras de BHV-5 freqüentemente causarem encefalites, em contraposição a infecções pelo BHV-1, onde encefalites são raramente observadas.

Latent infection by bovine herpesvirus type-5 in experimentally infected rabbits: virus reactivation, shedding and recrudescence of neurological disease

Latent infection with bovine herpesvirus type-5 (BHV-5) was established in rabbits inoculated with two South American isolates (EVI-88 and 613) by intranasal or conjunctival routes. Nine rabbits (613, 8/27; EVI-88, 1/34) developed neurological disease and died during acute infection and other three (613, n=2; EVI-88, n=1) developed a delayed neurological disease, at days 34, 41 and 56 post-inoculation (p.i.). Between days 56 and 62 p.i., the remaining rabbits were submitted to five daily administrations of dexamethasone (Dx) to reactivate the infection. Twenty-five out of 44 rabbits (56.8%) shed virus in nasal or ocular secretions after Dx treatment. Virus shedding was first detected at day two post-Dx and lasted from one to 11 days. The highest frequencies of virus reactivation were observed in rabbits inoculated conjunctivally (10/15 versus 15/29); and among rabbits infected with isolate 613 (12/16 versus 13/28). Virus reactivation upon Dx treatment was accompanied by neurological disease in nine rabbits (20.4%), resulting in six deaths (13.6%). Virus in moderate titers and mild to moderate non-suppurative inflammatory changes in the brain characterized the neurological infection. Three other rabbits showed severe neurological signs followed by death after 31 to 54 days of Dx treatment. Virus, viral nucleic acids and inflammatory changes were detected in their brains. The late-onset neurological disease, after acute infection or Dx treatment, was probably a consequence of spontaneous virus reactivation. These results demonstrate that BHV-5 does establish a latent infection in rabbits and that clinical recrudescence may occur upon reactivation.

Infecção e enfermidade neurológica pelo herpesvírus bovino tipo 5 (BHV-5): coelhos como modelo experimental

Coelhos são susceptíveis à infecção pelo herpes-vírus bovino tipo 5 (BHV-5) e freqüentemente desenvolvem enfermidade neurológica aguda fatal após inoculação intranasal. A cinética da invasão do sistema nervoso central (SNC) de coelhos pelo BHV-5 foi estudada através de pesquisa de vírus em secções do SNC a diferentes intervalos pós-inoculação. Após inoculação intranasal, o vírus foi inicialmente detectado no bulbo olfatório às 48h, seguido do córtex olfatório às 48/72h. Às 72/96h o vírus foi detectado também no gânglio trigêmeo, ponte e córtex cerebral. Dois experimentos foram realizados para avaliar a importância do sistema olfatório na invasão do SNC de coelhos pelo BHV-5. No primeiro experimento, coelhos foram inoculados com duas amostras do BHV-5 no saco conjuntival. Coelhos inoculados por essa via também desenvolveram a enfermidade neurológica, porém com menor freqüência com curso clínico tardio. No segundo experimento, doze coelhos foram submetidos à ablação cirúrgica do bulbo olfatório e posteriormente inoculados com o BHV-5 pela via intranasal. Onze de 12 coelhos controle (91,6%), não submetidos à cirurgia, desenvolveram a doença neurológica, contra quatro de 12 (33,3%) dos animals submetidos à remoção cirúrgica do bulbo olfatório. Esses resultados demonstram que o sistema olfatório constitui-se na principal via de acesso do BHV-5 ao encéfalo de coelhos após inoculação intranasal. No entanto, o desenvolvimento de infecção neurológica em coelhos inoculados pela via conjuntival e em coelhos sem o bulbo olfatório indica que o BHV-5 pode utilizar outras vias para invadir o SNC, provavelmente as fibras sensoriais e autonômicas que compõe o nervo trigêmeo. Os efeitos da imunização com vírus homólogo (BHV-5) e heterólogo (BHV-1) na proteção à infecção neurológica foram investigados. Cinco entre 10 coelhos (50%) imunizados com o BHV-5 apresentaram sinais neurológicos discretos e transitórios e um morreu após o desafio com o BHV-5. Curiosamente, o grau de proteção foi superior nos coelhos imunizados com o BHV-1: apenas dois animais apresentaram sinais clínicos passageiros e recuperaram-se. Portanto, proteção da enfermidade neurológica pelo BHV-5 em coelhos pode ser obtida por imunização com o BHV-5 ou BHV-1, provavelmente devido à extensa reatividade sorológica cruzada entre esses vírus. Estudos adicionais em coelhos podem auxiliar no esclarecimento da patogênese e resposta imunológica a infecção pelo BHV-5.