第六章细菌的感染和致病机理
相关概念
细菌的致病性及毒力
细菌的毒力因子及分泌系统
主要内容, 岳 华
西南民族大学
有关概念
1、感染 (infection)是指病原微生物在宿主
体内持续存在或增殖。
2、发病 (disease)表示病原微生物感染之后,
对宿主造成明显的损害。
3、病原菌 (pathogenic bacteria)是指那些
导致机体发病的细菌。是一群高度特化了
的微生物,为了自身的生存,已适应而且
必须在宿主生物体内持续存在或增殖。
西南民族大学
非致病菌,不能造成宿主感染的为非致病
菌;
条件致病菌,在正常情况下不致病,在某
些条件改变的特殊情况下可以致病;
西南民族大学
第一节 细菌的致病性和毒力
一、概念
1.致病性 (Pathogenicity), 一定种类的病原菌
在一定的条件下,能在宿主体内引起感染的能力。
细菌的致病性是针对宿主而言;不同的病原菌对
宿主可引起不同的疾病,表现为不同的临床症状
和病理变化,如炭疽杆菌引起炭疽,而霍乱弧菌
则引起霍乱。因此,致病性是细菌种的特征之一。
西南民族大学
2.毒力 (virulent), 病原菌致病力的强弱程
度称为毒力,同一细菌的不同菌株,其毒力
不一样,因此,毒力是菌株的特征。
西南民族大学
二、细菌致病性的确定
著名的柯赫法则是确定某种细菌是否具有致
病性的主要依据,其要点是:
1.特殊的病原菌应在同一疾病中查见,在健康
者不存在 ;
2.此病原菌能被分离培养而得到纯种 ;
西南民族大学
3.此纯培养物接种易感动物,能导致同样病症 ;
4.自实验感染的动物体内能重新获得该病原菌
的纯培养。
近年来随着分子生物学的发展,,基因水平
的柯赫法则, 应运而生。
西南民族大学
取得共识的有以下几点,
第一,应在致病菌株中检出某些基因或其
产物,而无毒力菌株中无。
第二,如有毒力菌株的某个基因被损坏,
则菌株的毒力应减弱或消除。或者将此基因克
隆到无毒菌株内,后者成为有毒力菌株。
第三,将细菌接种动物时,这个基因应在
感染的过程中表达。
第四,在接种动物检测到这个基因产物的
抗体,或产生免疫保护。
该法则也适用于细菌以外的微生物,如病
毒。
西南民族大学
三、细菌毒力的测定
1、半数致死量 (median lethal dose,LD50) 是
指能使接种的实验动物在感染后一定时限内死亡一
半所需的微生物量或毒素量。
2,半数感染量 (median infectious dose,ID50)
某些病原微生物只能感染实验动物, 鸡胚或细胞,
但不引致死亡, 可用 ID50来表示其毒力 。 测定的方
法与测定 LD50类似, 只不过在统计结果时以感染者
代替死亡者 。
西南民族大学
第二节 细菌的毒力因子及分泌系统
一、概 念
1,毒力因子 (virulent factor),构成细菌
毒力的物质称为毒力因子, 主要有侵袭力和毒
素, 此外有些毒力因子尚不明确 。 近年来的研
究发现, 细菌的许多重要毒力因子的分泌与细
菌的分泌系统有关 。
2,侵袭力 (invasiveness),病原菌在机体
内定殖, 突破机体的防御屏障, 内化作用, 繁
殖和扩散, 这种能力称为侵袭力 。
西南民族大学
3,定殖 (Colonization),细菌感染的第一
步就是在体内定殖 (或称定居 ),实现定殖的
前提是细菌要黏附在宿主消化道, 呼吸道, 生
殖道, 尿道及眼结膜等处, 以免被肠蠕动, 黏
液分泌, 呼吸道纤毛运动等作用所清除 。
4、黏附素 (adhesin),凡具有黏附作用的细
菌结构成分,统称为黏附素。通常是细菌表面
的一些大分子结构成分,主要是革兰氏阴性菌
的菌毛,其次是非菌毛黏附素,如某些外膜蛋
白 (OMP)以及革兰氏阳性菌的脂磷壁酸 (LTA)
等。
西南民族大学
5、受体 (receptor),细胞或组织表面与黏附素
相互作用的成分称为受体。多为细胞表面糖蛋白,
其中的糖残基往往是黏附素直接结合部位,如大
肠杆菌 1型菌毛结合 D甘露糖、霍乱弧菌的 4型菌
毛结合岩藻糖及甘露糖、大肠杆菌的 F5(K99)菌
毛结合唾液酸和半乳糖。
西南民族大学
二、干扰或逃避宿主的防御机制
病原菌黏附于细胞或组织表面后,必须克服
机体局部的防御机制,特别是要干扰或逃避局部
的吞噬作用及分泌抗体介导的免疫作用,才能建
立感染。
西南民族大学
1、抗吞噬作用 包括以下几个方面:
№ 1:不与吞噬细胞接触,如通过外毒素破坏细胞
骨架以抑制吞噬细胞的作用,如链球菌溶血素等。
№ 2:抑制吞噬细胞的摄取,如荚膜、菌毛和链球
菌的 M蛋白。
№ 3:在吞噬细胞内生存,如沙门氏菌的某些成分
可抑制溶酶体与吞噬小体的融合 ;再如李氏杆菌被
吞噬后,很快从吞噬小体中逸出,直接进入细胞
质。而金黄色葡萄球菌则产生大量的过氧化氢酶,
能中和吞噬细胞中的氧自由基。
西南民族大学
№4,杀死或损伤吞噬细胞,细菌通过分泌
外毒素或蛋白酶来破坏吞噬细胞的细胞膜,
或诱导细胞凋亡,或直接杀死吞噬细胞。
西南民族大学
2、抗体液免疫机制
细菌逃避体液免疫主要通过,
第一,抗原伪装或抗原变异, 前者主要是在细菌表
面结合机体组织成分, 如金黄色葡萄球菌通过细
胞结合性凝固酶结合血纤维蛋白, 或通过 SPA结
合免疫球蛋白 。
第二:分泌蛋白酶降解免疫球蛋白,嗜血杆 IgA酶。
第三:通过 LPS,OMP、荚膜及 S层等 的作用,逃避
补体,抑制抗体产生。
西南民族大学
3、内化作用
指某些细菌黏附于细胞表面之后, 能进入吞
噬细胞或非吞噬细胞内部的过程 。 结核杆菌等严
格的胞内寄生菌及大肠杆菌等胞外寄生菌的感染
都离不开内化作用, 这些细菌一旦丧失进入细胞
的能力, 毒力则显著下降 。
内化作用对细菌的意义在于, 细菌通过这种
移位作用进入深层组织, 或进入血循环, 细菌借
以从感染的原发病灶扩散至全身或较远的靶器官 。
宿主细胞为进入其内的细菌提供了一个增殖的小
环境和庇护所, 使细菌逃避宿主免疫机制的杀灭 。
西南民族大学
鼠伤寒沙门氏菌的内化过程
西南民族大学
4、在体内增殖
细菌在宿主体内增殖是感染的核心问题,
增殖速度对致病性极其重要, 如果增殖较
快, 细菌在感染之初就能克服机体防御机
制, 易在体内生存 。 反之, 若增殖较慢,
则易被机体清除 。
西南民族大学
5、在体内扩散
细菌分泌的蛋白酶称为胞外蛋白酶,它们
具有多种致病作用,例如激活外毒素、灭活血
清中的补体等,有的蛋白酶本身就是外毒素。
此外,最主要的作用是作用于组织基质或细胞
膜,造成它们的损伤,增加其通透,有利于细
菌在体内的扩散性。
西南民族大学
此类酶常见的有:
①透明质酸酶,旧称扩散因子,分解结缔组织
的透明质酸,葡萄球菌、链球菌等可产生。
②胶原酶,主要分解 ECM中的胶原蛋白,见之于
梭菌、气单胞菌等。
③神经氨酸酶,主要分解肠黏膜上皮细胞的细
胞间质,霍乱弧菌及志贺菌可产生。
④磷脂酶又名, 毒素,, 可水解细胞膜的磷脂,
产气荚膜梭菌产生。
西南民族大学
⑤ 卵磷脂酶,分解细胞膜的卵磷脂,产气荚膜
梭菌产生。
⑥激酶,能将血纤维蛋白溶酶原激活为血纤维
蛋白溶酶。包括链球菌产生的链激酶和葡萄
球菌等产生的激酶,以分解血纤维蛋白,防
止形成血凝块。
⑦凝固酶,细菌在体内的扩散也可通过内化作
用完成。特别是细胞结合性凝固酶,可为细
菌提供抗原伪装外,使之不被吞噬或机体免
疫机制所识别。见于致病性金黄色葡萄球菌。
西南民族大学
西南民族大学
6、毒 素 (toxin)
细菌毒素按其来源、性质和作用等的不同,
可分为 外毒素和内毒素 两大类。在大多数情况下,
外毒素一般简称毒素 。
1,外毒素 (exotoxin)
( 1) 概念:是某些病原菌在生长繁殖过程中所
产生的对宿主细胞有毒性的可溶性蛋白质 。 大多
数外毒素在菌体内合成后必须分泌于胞外, 故名
,外毒素, 。 但也有少数外毒素存在于菌体细胞
的胞周间隙, 只有当菌体细胞裂解后才释放至胞
外 。
西南民族大学
多种细菌能产生外毒素, 革兰氏阳性菌主
要有破伤风杆菌, 炭疽杆菌, 肉毒梭菌, 产气
荚膜梭菌, 溶血性链球菌, 金黄色葡萄球菌等 ;
革兰氏阴性菌中有大肠杆菌, 霍乱弧菌, 铜绿
假单胞菌, 气单胞菌, 多杀性巴氏杆菌等 。
西南民族大学
(1)组成 大多数
外毒素由 A,B 两
种亚单位组成,
有多种合成和排
列形式。
西南民族大学
A亚单位为毒素的活性中心,称活性亚单位,
决定毒素的毒性效应。
B亚单位称结合单位,能使毒素分子特异性
地结合在宿主易感组织的细胞膜受体上,并协
助 A亚单位穿过细胞膜。
A,B亚单位单独均无毒性,A亚单位必须在
B亚单位的协助下,结合至受体释放到细胞内,
才能发挥毒性作用,因此毒素结构的完整性是
其致病的必备条件。
西南民族大学
B亚单位可单独与细胞膜受体结合,并阻断
完整毒素的结合,B亚单位可刺激机体产生相
应的抗体,从而阻断完整毒素结合细胞,可作
为良好的亚单位疫苗。
西南民族大学
(2)特性
№ 1:外毒素的毒性作用极强, 如 lmg纯化的肉毒
毒素能杀死 2000万只小鼠 。 破伤风毒素对小鼠
的致死剂量, 是马钱子碱的 106倍 。
№ 2:外毒素的毒性具有高度的特异性 。 不同细菌
产生的外毒素, 对机体的组织器官有一定的选
择 。
西南民族大学
西南民族大学
№ 3:外毒素具有良好的免疫原性, 可刺激机体
产生特异性的抗体, 而使机体具有免疫保护
作用, 这种抗体称为抗毒素 (antitoxin),可
用于紧急治疗和预防 。
№ 4:多数外毒素不耐热, 一般在 60~ 80℃ 经
l0~ 80min即可失去毒性 。
西南民族大学
(3)类毒素:外毒素在 0.4%甲醛溶液作用下,经
过一段时间可以脱毒,但仍保留原有抗原性,
称之为类毒素 (toxoid)。 类毒素注人机体后,
仍可刺激机体产生抗毒素,可作为疫苗进行免
疫接种。
(4)毒素的分类 目前尚末统一,比较简明的是
根据其性质分为三类,
A-B型毒素, 攻膜毒素以及超抗原毒素 。
西南民族大学
№1,攻膜毒素 又名穿孔毒素。其作用机制
是在宿主细胞膜上形成小孔,造成胞内液流失而
使细胞破坏。一些溶血毒素及磷酸酯酶属于此类,
金黄色葡萄球菌的。
№ 2,A-B型毒素 具有典型的 A-B两个亚单
位,多数外毒素均属此类。例如霍乱毒素、志贺
毒素、破伤风毒素等。
№ 3:超抗原毒素 缺乏典型的 A-B亚单位结构,
它与 T细胞结合,释放出细胞因子。金黄色葡萄球
菌的毒素休克综合征毒素属于此类 。
西南民族大学
2、内毒素 (endotoxin) 内毒素特指革兰氏阴性
菌外膜中的脂多糖 (LPS)成分,细菌在死亡后破
裂或用人工方法裂解菌体后才释放。 革兰氏阳性
菌细胞壁中的脂磷壁酸 (LTA)具有 LPS的绝大多数
活性,但无致热功能。螺旋体、衣原体、立克次
体亦含有 LPS。
西南民族大学
(2)特性
内毒素耐热, 加热 100℃ 经 lh仍不被破坏,
必须加热 160℃ 经 2~ 4h,或用强酸, 强碱或强
氧化剂煮沸 30min才失活 。
不能被甲醛脱毒成类毒素 。 内毒素的抗原
性较弱, 将内毒素注人机体可产生针对其中多
糖抗原的相应抗体, 但此抗体并无中和内毒素
毒性的作用 。
(3)检测
目前通用鲎试验。东方鲎或美洲鲎均是海
洋节肢动物,其血液中的有核变形细胞能被内
毒素所裂解。
西南民族大学
西南民族大学
西南民族大学
Ⅲ 型分泌系统
(TypeⅢ secretion system)
细菌的分泌系统的发现是近年为细菌致病机制
研究的重要进展,其中的 Ⅲ 型分泌系统与动植物的
许多革兰氏阴性病原菌的毒力因子的分泌有关。在
病原菌与宿主细胞接触后,这一系统得以启动,具
有接触介导的特征。启动后细菌分泌与毒力有关的
多种蛋白质,与相应的伴侣蛋白结合,从细菌的胞
浆直接进入宿主细胞胞浆,发挥毒性作用。
西南民族大学
Ⅲ 型分泌系统通常由 30~ 40kbp大小的基因
组编码,以毒力岛的形式存在于细菌的大质粒或
染色体。
除 Ⅲ 型分泌系统之外,革兰氏阴性菌尚有 I
型,Ⅱ 型与 Ⅳ 型分泌系统。 I型可将细菌分泌物
蛋白质直接从胞浆送达细胞表面如大肠杆菌的溶
血素。 Ⅱ 型则是细菌将蛋白质分泌到周质间隙,
经切割加工,然后通过微孔蛋白穿越外膜分泌到
胞外。
西南民族大学
Ⅳ 型是一种自主运输系统, 其分泌的蛋白
质需切割加工, 而后形成一个孔道使自身穿过
外膜, 如淋球菌的 IgA蛋白酶 革兰氏阳性菌的
毒力因子分泌相对较为简单, 一个信号片段就
足以完成分泌过程 。