第九章-肠杆菌科

肠杆菌科（Enterobacteriaceae）细菌是一大群生物学性状近似的革兰阴性杆菌，常寄居在人和动物的肠道内，亦存在于土壤、水和腐物中。其中大多数是肠道的正常菌群，但当宿主免疫力降低或细菌移位至肠外部位时可成为条件致病菌而引起疾病；少数为病原菌，例如伤寒杆菌、志贺菌、致病性大肠杆菌等。肠杆菌科细菌种类繁多。根据生化反应、抗原结构、核酸杂交和序列分析，目前至少有30个菌属，120个以上的菌种。与医学有关的有埃希菌属、志贺菌属、沙门菌属、克雷伯菌属、变形杆菌属、摩根菌属、枸橼酸菌属、肠杆菌属、沙雷菌属和耶尔森菌属10个菌属，包括25个菌种。肠杆菌科细菌具有下列共同生物学特性：1．形态与结构0.3-1.0×1-6um中等大小的革兰阴性杆菌。无芽孢。多数为周毛菌。少数有荚膜或包膜。大多有菌毛。2．培养兼性厌氧或需氧。营养要求不高，在普通琼脂平板上生长繁殖后形成湿润、光滑、灰白色的直径2-3mm中等大小菌落。在血琼脂平板上，有些菌可产生溶血圈。在液体培养基中，呈均匀浑浊生长。3．生化反应活泼，分解多种糖类和蛋白质，形成不同代谢产物，常用以区别不同菌属和菌种。乳糖发酵试验在初步鉴别肠杆菌科中致病菌和非致病菌上有重要价值，一般非致病菌能分解乳糖，而致病菌多数不能。4．抗原构造复杂，主要有菌体（O）抗原、鞭毛（H）抗原和荚膜（K）或包膜抗原。其他尚有菌毛抗原。（1）．O抗原：存在于细胞壁脂多糖（LPS）层，具有属、种特异性。其特异性取决于LPS分子末端重复结构多糖链的糖残基种类的排列。O抗原耐热，100℃不被破坏。从病人新分离菌株的菌落大多呈光滑（S）型，在人工培养基上多次传代移种保存日久后，LPS失去外层O特异性侧链，此时菌落变成粗糙（R）型，是为S-R型变异。R型菌株的毒力显著低于S型株。（2）．H抗原：存在于鞭毛蛋白。不耐热，60℃30分钟即被破坏。H抗原的特异性决定于多肽链上氨基酸的排列顺序和空间结构。细菌失去鞭毛后，运动随之消失；同时O抗原外露，是为H-O变异。（3）．荚膜或包膜抗原：位于O抗原外围，能阻止O凝集现象。多糖性质，但60℃30分钟可去除之。重要的有伤寒杆菌的Vi抗原，大肠杆菌的K抗原等。5．抵抗力因无芽孢，对理化因素抵抗力不强。60℃30分钟即死亡。易被一般化学消毒剂杀灭，常用氯进行饮水消毒。胆盐、煌绿等染料对非致病性肠杆菌科细菌有抑制作用，藉以制备选择培养基来分离有关病原菌。6．变异肠杆菌科细菌易出现变异菌株。除自发突变外；更因相互处于同一密切接触的肠道等微环境，可以通过转导、结合或溶原性转换等转移遗传物质，使受体菌获得新的性状而导致变异。其中最常见的是耐药性转移；此外，尚有毒素产生、生化反应特性改变，以及H-O抗原和S-R菌落变异等。这种易变性在其致病性、诊断和防治中都有重要意义。第一节埃希菌属埃希菌属（Escherichia）有5个种，其中大肠埃希菌（E,coli）是最常见的临床分离菌。大肠埃希菌，通称大肠杆菌，婴儿出生后数小时就进入肠道，并终生伴随。当宿主免疫力下降或菌侵入肠外组织或器官，可引起肠外感染。有些特殊菌株能导致腹泻。大肠杆菌在环境卫生和食品卫生学中，常用作被粪便污染的检测指标。在分子生物学和基因工程研究中，大肠杆菌是重要的实验材料。一、生物学性状大小0.4-0.7χ1-3um。多数菌株有周身鞭毛。有普通菌毛和性菌毛。肠外感染菌株常有多糖包膜（微荚膜）。S型菌株在普通琼脂平板培养37℃24小时后，形成直径2-3mm的圆形凸起灰白色菌落。有些菌株在血琼脂平板上呈β溶血。能发酵葡萄糖等多种糖类，产酸并产气。发酵乳糖，可同沙门菌、志贺菌等区别。吲哚、甲基红、VP、枸橼酸盐（IMViC）试验结果为“++––”。凡IMViC试验示此结果的，判为典型的大肠杆菌，表明被检物已有粪便污染，有传播肠道传染病的危险。大肠杆菌抗原主要有O、H和K三种。O抗原170种，是血清学分型的基础；H抗原56种；K抗原在100种以上。根据耐热性不同，K抗原又分L、A、B三型。一个菌株中，一般只含一个型别的K抗原。表示大肠杆菌血清型的方式是按O：K：H排列，例如O111：K58（B4）：H2。二、致病性多数大肠杆菌在肠道内不致病，但如移位至肠道外的组织或器官则引起肠外感染，病变以化脓性炎症最为常见。肠外感染中以泌尿系统感染为主，例如尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎。亦可引起腹膜炎、阑尾炎、手术创口感染等。在婴儿、老年人或免疫功能低下者，可引起败血症。在新生儿，大肠杆菌脑膜炎并不少见。某些血清型可引起人类腹泻。根据其致病机制不同，主要有五种类型。肠产毒素型大肠杆菌（enterotoxigenicE.coli，ETEC）是婴幼儿和旅游者腹泻的重要病原菌。临床症状可从轻度腹泻至严重的霍乱样腹泻。致病物质主要是肠毒素和定植因子。ETEC的肠毒素有不耐热和耐热两种，均由质粒介导。不耐热肠毒素(heatlabileenterotoxin，LT)对热不稳定，65℃30分钟可被破坏。LT由1个A亚单位和5个B亚单位组成。A亚单位是毒素的活性部位。B亚单位与肠粘膜上皮细胞表面的GM1神经节苷脂结合后，使A亚单位穿越细胞膜与腺苷环化酶作用，令胞内ATP转化为cAMP。胞质内cAMP水平增加后，导致肠粘膜细胞内水、钠、氯、碳酸氢钾等过度分泌至肠腔，导致腹泻。LT一般不引起肠粘膜的炎症或组织病变。LT与霍乱肠毒素两者间的氨基酸组成同源性达75%左右；它们的抗原性高度交叉；两者B亚单位的肠粘膜结合受体都是同一个GM1神经节苷脂。ETEC的耐热肠毒素（heatstableenterotoxin，ST）对热稳定，100℃加热20分钟仍不失活性。ST的作用机制与LT的不同，其引起腹泻是通过激活肠粘膜细胞上的鸟苷环化酶，使胞内cGMP量增多而导致。LT又可分LT-I和LT-II两型，ST亦可分Sta和STb。LT-I型和Sta型由人源株产生，而LT-II型STb型则源自动物菌株。菌毛是ETEC致病的另一重要因素。能形成肠毒素而无菌毛的菌株，不会引起腹泻。ETEC菌毛的粘附作用具有高度专一性，并将这类粘附素（adhesin）常称之为定植因子（colonizationfactor）。例如ETEC的定植因子有1型菌毛、CFAI（colonizationfactorantigentypeI）和CAFII；猪ETEC的有K88、987P、F41、F107等；K99是猪、羊、牛ETEC所共有。定植因子具有很强的抗原性，能刺激宿主产生特异性抗体。在兽医界已制成口饲菌毛疫苗，在猪群中人工免疫后，可抵抗猪ETEC的侵袭。CAFI和CAFII均由质粒介导，这些质粒也可同时偏码LT和（或）ST。与ETEC致病有关的物质尚有其内毒素LPS，以及具有抗吞噬作用的K抗原等。肠侵袭型大肠杆菌（enteroinvasiveE.coli，EIEC）较少见，主要侵犯较大儿童和成人。所致疾病很像菌痢，腹泻呈脓血便，有里急后重，故曾称志贺样大肠杆菌（shigelloidE.coli）。EIEC不产生肠毒素，能侵袭结肠粘膜上皮细胞并在其中生长繁殖。菌死亡崩解后释放出内毒素，破坏细胞形成炎症和溃疡，导致腹泻。EIEC的侵袭与含编码侵袭性pINV基因的一种大质粒（120-140MD）有关，携带该质粒的菌株可引起豚鼠角膜Sereny试验阳性，并可侵袭HeLa细胞。对EIEC的大质粒与志贺菌编码侵袭性基因的大质粒高度同源。含侵袭性基因的探针，EIEC和志贺菌中的有毒株均能发生特异性反应。EIEC无动力、生化反应和抗原结构也近似志贺菌。因此，若不注意，容易误诊为志贺菌。肠致病型大肠杆菌（enteropathogenicE.coli，EPEC）是婴幼腹泻的主要病原菌，严重者可致死；成人少见。不产生肠毒素。病菌在十二指肠、空肠和回肠上段粘膜表面大量繁殖，粘附于微绒毛，导致刷状缘被破坏、微绒毛萎缩、上皮细胞排列紊乱和功能受损，造成严重腹泻。EPEC粘附和破坏肠粘膜结构的步骤有三：①Bfp（bundleformingpili）介导菌与细胞的疏松粘附，Bfp由EAF（EPECadherencefactor）质粒上的bfpA基因编码和受dsbA基因的调控使之活化；②信号传递，由染色体上的eaeB（E.coliattachmentB）基因介导，eaeA基因受per（plasmidencodedregulator）基因产物而活化；③紧密粘附素（intimin）介导菌与细胞的紧密结合。紧密粘附素由染色体上eaeA基因编码，它是一种外膜蛋白。在此最末阶段，细胞内肌动蛋白重排，导致微绒毛的破坏。严重干扰对肠道中液体等的吸收功能。EPEC对细胞的粘附有两种类型。局限性粘附指病菌呈块状粘附在肠粘膜细胞表面的某一部分，弥散性粘附是病菌主要是单个分散粘附在细胞表面。由于两者在生物学特征、致病特点等方面存在较大差异，有学者建议称弥散粘附的EPEC为EPECII型或弥散粘附型大肠杆菌（diffuselyadherentE.coli，DAEC）。肠出血型大肠杆菌（enterohemorrhagicE.coli，EHEC）亦称为vero毒素大肠杆菌（verotoxigenicE.coli，VTEC）。1982年首先在美国发现，其血清型为0157：H7。俟后世界各地有散发或地方小流行，1996年日本大阪地区为主发生流行，患者逾万，死亡11人。5岁以下儿童易感染，感染菌量可低于100个。症状轻重不一，可为轻度水泻至伴剧烈腹痛的血便。约10%10岁患儿可并发有急性肾衰竭、血小板减少、溶血性贫血的溶血性尿毒综合征（hemolyticuremicsyndrome，HUS），死亡率达10%左右。EHEC的致病因子主要有菌毛和毒素。病菌进入消化道后，由紧密粘附素介导与宿主末端回肠、盲肠和结肠上皮细胞结合，然后释放毒素，引起血性腹泻。该毒素能使vero细胞产生病变，故称vero毒素；又因同志贺菌的毒素相似，亦称志贺样毒素（shiga-liketoxin,SLT）；实则vero毒素和SLT之间仅1个氨基酸不同，有学者认为EHEC的vero毒素即志贺毒素（shigatoxin,ST）。EHEC的VT分两型，VT-I与痢疾志贺菌的ST基本相同，VT-II则与ST有60%的同源。两型毒素均由溶原性噬菌体介导。VT由1个A亚单位和5个B亚单位组成。B亚单位与宿主细胞特异糖脂（globotriaosylceramide）结合；A亚单位内在化后裂解成两个分子，其中A1片段与28SrRNA的4324位腺嘌呤作用，使核糖体灭活，终止蛋白质合成。HUS在产生VT-II的EHEC中较多，实验表明VT-II能选择性地破坏肾内皮细胞。与EHEC致病有关的尚有内毒素和溶血素。EaeA基因编码紧密粘附素，它与EPEC的eaeA高度相。Stx基因编码VT毒素。溶血素hiyA基因与大肠杆菌α溶血素基因（hlyA、hlyC）约有60%的同源性。能产生VT的大肠杆菌血清型至少有160种可从人、动物和食物中分离得，另发现非大肠杆菌中亦有产VT的菌株，如枸橼酸菌属中的某些种。产VT的大肠杆菌血清型以O157：H7为主，但不同国家的流行株不一定相同。例如美国、日本为O157：H7；意大利为O111：H11；澳大利亚为O111：Hˉ；德国为弗劳地枸橼酸杆菌（Citrobacterfreundii）等。肠集聚型大肠杆菌（enteroaggregativeE.coli,EaggEC）引起婴儿持续性腹泻，脱水，偶有血便。不侵袭细胞。可产生毒素和粘附素。毒素为肠集聚耐热毒素（enteroaggregativeheat-stabletoxin,EAST），抗原上与ETEC的ST有关，可导致大量液体分泌。另一毒素似大肠杆菌的α溶血素。有4种不同形态的菌毛，其中集聚性粘附菌毛I（aggregativeadherencefimbriaeI,AAFI）与EPEC中bfp基因编码的菌毛很相似。大肠杆菌的某些血清型可引起泌尿系统感染，这些菌株统称为尿路致病大肠杆菌（uropathogenicE,coli）。其致病因子有粘附素