化脓隐秘杆菌致病性与致病机理研究进展

杨 洁 ， 蒋 威 ， 沈文祥 ， 马晓宇 ， 李亚娟 ， 武小虎 ， 丁学智 ， 李宏胜 ， 王胜义 ， 严作廷

(中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所 农业农村部兽用药物重点实验室 ， 甘肃 兰州 730000)

化脓隐秘杆菌(Trueperellapyogenes)，隐秘杆菌属，放线菌科，革兰染色阳性菌，无鞭毛，不产生芽孢和荚膜，不规则短杆状，菌体大小为 (0.2～0.3) μm× 2 μm。需氧或兼性厌氧，在37 ℃、5% CO2、含有5%牛血清或绵羊血的琼脂培养基上生长良好，菌落呈灰白色，圆形，表面光滑隆起，针尖大小，有溶血环，无特殊气味。该细菌不耐热，60 ℃短时间内可被杀死，对常用化学消毒剂敏感。对于化脓隐秘杆菌的识别鉴定可以用传统的生化鉴定，不过近年来16S rRNA的基因序列分析、PCR或RT-PCR检测特异性基因、间接免疫荧光等分子生物学方法也得到了广泛的应用[1-2]。

1 致病性

化脓隐秘杆菌作为一种共生菌，可存在于健康动物的皮肤、上呼吸道及泌尿生殖道黏膜表面[3-5]。但是，化脓隐秘杆菌也是一种重要的机会致病菌，可以感染猪牛羊等家畜[6-7]、野生动物[8-10]、伴侣动物[11]甚至人类[12-13]，引起患病动物组织化脓性感染，进而导致乳房炎、子宫炎[14]、子宫内膜炎[15]、肺炎[7]、心内膜炎[12]、肾盂肾炎[13]、肝脓肿[16]和败血症[17]等，降低生产性能，造成动物淘汰，给畜牧业带来严重的经济损失，甚至威胁着人类的健康。

1.1 化脓隐秘杆菌感染家畜 化脓隐秘杆菌可以入侵奶牛子宫，引起子宫炎或子宫内膜炎[14-15]。由于奶牛生产过程中子宫内膜完整性遭到破坏，化脓隐秘杆菌可以趁机侵入子宫的基质细胞，招募炎性因子，导致组织损伤，产生炎性灶。化脓隐秘杆菌的入侵还可以改变卵泡的微环境，使得卵母细胞的发育受到影响，引起奶牛不育，最终可能导致奶牛淘汰[18]。化脓隐秘杆菌还可以引发乳房炎，使得奶牛产奶量下降[6]。且奶牛产后常发疾病，子宫炎、子宫内膜炎和乳房炎通常是由化脓隐秘杆菌与其他细菌(如大肠杆菌、链球菌和葡萄球菌等)混合感染，为临床该疾病的治疗增加了困难。化脓隐秘杆菌还是导致肉牛及奶牛发生肝脓肿的病原菌之一，有研究表明，由该疾病造成的经济损失高达平均每年6千万美元[19]。此外，在1个2月龄犊牛慢性纤维化附睾炎的病例中也分离到了化脓隐秘杆菌[20]。化脓隐秘杆菌还可以引发肺炎、脑炎和淋巴结炎等，严重威胁牛群的健康。

化脓隐秘杆菌可以感染猪，造成肺炎[21-22]及胸膜炎，且常常与某些免疫抑制性疾病(如猪繁殖与呼吸综合征和猪圆环病)并发或继发感染，导致感染动物的淘汰及感染部位肉品的损失，防控难度大，经济损失严重。某些研究还表明某些心内膜炎、关节炎、乳房炎、生殖道感染及败血症也与化脓隐秘杆菌有关。

化脓隐秘杆菌还可以感染绵羊及山羊，导致肺炎、淋巴结炎、关节炎、骨髓炎、生殖道感染、乳房炎、睾丸炎及败血症。

1.2 化脓隐秘杆菌感染野生动物 化脓隐秘杆菌同样可以感染野生动物。有研究报道，化脓隐秘杆菌可以引起白尾鹿的颅内化脓性脑膜炎，白尾鹿还可以作为化脓隐秘杆菌的保藏宿主，成为该菌感染家畜的潜在威胁[23]。在因疾病淘汰的欧洲野牛的病灶组织样品中，例如淋巴结、肺、肝及生殖器，经细菌学检测也分离到了化脓隐秘杆菌[9]。

1.3 化脓隐秘杆菌感染伴侣动物及人类 与生产性动物相比，化脓隐秘杆菌感染猫狗等伴侣动物的病例报道较少。但据文献报道，在猫的外耳道炎以及犬的膀胱炎中也可以分离到化脓隐秘杆菌[11]。人类也可以感染化脓隐秘杆菌，引起心内膜炎、软组织感染、肾盂肾炎及败血症等[13,24]。

2 致病机理

一些毒力因子，如溶血素(Pyolysin，PLO)、神经氨酸酶(Neuraminidase，Nan)、胶原结合蛋白(Collagen-binding protein A,CbpA)、菌毛(Fimbria，Fim)等，在化脓隐秘杆菌对宿主的黏附、定植，以及炎症和组织损伤的过程中发挥重要作用。

2.1 溶血素 溶血素是一种胆固醇依赖的细胞毒素(Cholesterol-dependent cytolysin，CDCs)[25]，最早在1996年被纯化出来，溶血素可以溶解红细胞，还可以对其他宿主细胞(如巨噬细胞、中性粒细胞、上皮细胞、成纤维细胞及子宫内膜基质细胞等)发挥作用，是化脓隐秘杆菌最主要的毒力因子。其主要机制在于溶血素可以与细胞膜结合并形成跨膜小孔，破坏宿主细胞膜的完整性，造成细胞破碎死亡。PLO表达缺陷的化脓隐秘杆菌菌株感染小鼠，表现较差的感染性及致病性，PLO特异的抗体可以完全中和化脓隐秘杆菌的溶血活性，说明PLO是该菌产生的唯一溶血素。腹腔或静脉注射PLO，可以导致小鼠和兔子死亡，使豚鼠出现皮肤坏死。溶血素plo基因上游的2个启动子P1、P2是plo基因转录的调节序列[26]。化脓隐秘杆菌处于生长稳定期时溶血活性到达顶峰，plo基因上调表达，且P2启动子在调节中占据主导地位。成熟PLO分子的分子量大小为55.1 kDa，是一个氧稳定、热不稳定的蛋白，pH小于3或大于11时被破坏，对蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶敏感。其他革兰阳性菌(如肺炎链球菌、猪链球菌)也可以产生溶血素，但PLO的基因序列与细胞溶素家族的其他成员仅有38%～45%的一致性，58%～64%的相似性。与大部分CDCs不同，PLO的活化不需要硫醇的激活，这种差异是由十一氨基酸多肽的序列中的半胱氨酸(即硫醇的活化位点)替换为丙氨酸而导致的，这一替换对溶血活性没有本质的影响，但改变了该蛋白的氧稳定性。基于PLO蛋白的分子结构，人工构建出重组蛋白作为抗原接种到实验动物体内，使得实验动物获得了一定的免疫保护效果，表明PLO蛋白可作为化脓隐秘杆菌潜在的疫苗分子靶标[27]。

2.2 菌毛 化脓隐秘杆菌是少数可以产生菌毛(Fimbria)的革兰阳性菌之一，菌毛呈细丝状，长200～700 nm，宽2.5～4.5 nm，一个菌体表面一般不超过10条。化脓隐秘杆菌产生的菌毛有5种，分别是FimA、FimB、FimC、FimE及FimG，分别由fimA、fimB、fimC、fimE及fimG基因编码。其中FimA菌毛的分子量大小为45.7 kDa，是化脓隐秘杆菌中的优势菌毛。研究表明，分离自产后奶牛的菌株fimA基因的携带率为100%，fimC、fimE和fimG的携带率分别为67%、98%和67%[3]，分离自猪肺炎的菌株fimA的携带率为100%，fimC和fimE基因的携带率分别为29.6%和59.3%[7]。当fimA表达量较少时，可以限制其他菌毛的形成，而该菌毛上调表达时，可能意味着化脓隐秘杆菌由共生菌转变为了致病菌。

2.3 胶原结合蛋白 化脓隐秘杆菌还表达一些其他的与黏附相关的蛋白，这些蛋白与菌体细胞壁相连，称为细胞外基质结合蛋白，通过结合宿主的细胞外基质分子来促进细菌的黏附和定植[28]。其中胶原结合蛋白是最重要的细胞外基质结合蛋白，分子量大小为121.9 kDa，由cbpA基因编码。胶原结合蛋白可以与各种胶原蛋白结合，可以促进菌体对上皮细胞及成纤维细胞的黏附，这也是化脓隐秘杆菌更容易在富含胶原蛋白的组织中定植的原因。据文献报道，cbpA基因的携带率在7.2%～100%不等[3,7,17]。

2.4 神经氨酸酶 神经氨酸酶在唾液酸代谢中发挥重要作用，能够在宿主细胞表面受体如糖蛋白、糖脂、碳水化合物等大分子中将唾液酸裂解，从而促进细菌的黏附。神经氨酸酶还可以降低黏液的黏性来促进菌体的定植。此外，它还可以通过暴露IgA抗体，使抗体被细菌分泌的蛋白酶裂解，来削弱宿主的免疫应答。NanH和NanP是化脓隐秘杆菌产生的2种主要的神经氨酸酶，分子量大小分别为107 kDa和1 868 kDa，分别由nanH和nanP基因编码。很多的革兰阳性菌、阴性菌及病毒都可以产生神经氨酸酶。

2.5 生物被膜 生物被膜(Biofilm)是微生物抵抗外界不良环境的一种特性，可以提高细菌的耐药性、黏附性，以及抵抗宿主的免疫应答。形成生物被膜是指细菌可以分泌一些胞外多聚物如蛋白质、脂质、DNA等，形成一种致密的结构，使得细菌由悬浮态变为黏附态。研究表明，不同物种及不同感染部位的化脓隐秘杆菌都具有形成生物被膜的能力。生物膜的形成主要由调节系统PloS/PloR来控制，PloR作为一种活化剂，可以上调生物膜的形成。噬菌体UFV13可以显著降低化脓隐秘杆菌生物被膜的形成，这一结果为治疗化脓隐秘杆菌感染提供了新的思路[29]。

3 展望

化脓隐秘杆菌是一种重要的机会致病菌，可以感染猪、牛、羊等家畜，野生动物，伴侣动物甚至人类，造成各组织器官的化脓性感染，给畜牧业带来了严重的经济损失，甚至威胁着人类的健康。一些已知的毒力因子(如溶血素、胶原结合蛋白、神经氨酸酶、菌毛等)在化脓隐秘杆菌对宿主细胞的黏附、定植、致炎及组织损伤过程中发挥着重要的作用。此外，生物被膜的形成使得药物在体内难以发挥应有的作用，为该细菌的临床治疗增加了难度。关于化脓隐秘杆菌毒力因子与宿主细胞之间具体的相互作用以及共生菌与致病菌之间角色转换的影响因素等方面还有待进一步研究。