豚鼠气单胞菌研究进展

袁中华,宋海超,刘俊彤,康元环,孙武文,单晓枫

(吉林农业大学 动物科学技术学院,吉林长春 130118)

近年来,豚鼠气单胞菌(Aeromonascaviae)的报道病例显著增加,已成为一种人、动物和水生生物共患的常见致病菌[1]。其广泛存在于淡水、海水、污水、土壤、淤泥中,在一定条件下会对动物产生致病性[2]。目前,关于感染豚鼠气单胞菌(A.caviae)的报道主要涉及到人类感染导致的败血症、伤口感染、坏死性筋膜炎、腹膜炎和胃肠炎等[3-4],但多为免疫力低下、伤口感染等条件致病而不是急性致病,还可引起经济型水生、陆生动物致病,如鲤、鲫、虾出血性败血症,蓝狐肌肉溃疡、拉稀脱水死亡等,给养殖业造成了损失[5]。本文对豚鼠气单胞菌的分类地位、病原学、临床特征、流行现状以及致病机理的最新研究进行概述,旨在为其防治及研究提供参考。

1 豚鼠气单胞菌概述

1.1 分类地位

豚鼠气单胞菌(A.caviae)属于气单胞菌科气单胞菌属,为革兰氏阴性杆菌。豚鼠气单胞菌的分类开始就比较混乱,且气单胞菌(Aeromonas)其属的种类鉴定也在不断的更新变化。在1974年《伯杰氏系统细菌学手册》第8版中Aeromonas被分为嗜水气单胞菌(Aeromonashydmphila)、斑点气单胞菌(Aeromonaspanctata)和杀蛙气单胞菌(Aeromonassalmonicida)3个种,而豚鼠气单胞菌(A.caviae)则属于斑点气单胞菌中的亚种[6]。1984年,Popoff等人根据气单胞菌的嗜盐特性和DNA杂交将气单胞菌分为嗜冷型无动力的杀蛙气单胞菌群和嗜温型有动力的嗜水气单胞菌群,豚鼠气单胞菌(Aeromonascaviae)被归于嗜温型有动力的嗜水气单胞菌群。随着遗传学的不断发展,在1994年,Holt J G等[7]综合豚鼠气单胞菌的分类,最后在《伯杰氏鉴定细菌学手册》第9版中确定了豚鼠气单胞菌的分类地位,将嗜温有动力气单胞菌分类为嗜水气单胞菌群、温和气单胞菌群和豚鼠气单胞菌群,豚鼠气单胞菌是豚鼠气单胞菌群的豚鼠气单胞菌种,并得到了业界认可。

1.2 主要特性

豚鼠气单胞菌为需氧兼性厌氧革兰氏阴性杆菌,两端钝圆呈短杆状。直径大小为0.3～1.0 μm,长为1.0～3.0 μm。豚鼠气单胞菌不产生芽孢,为极生单鞭毛,鞭毛长度是体长的2～3倍。豚鼠气单胞菌在5～40 ℃的温度范围内都能够生长,但最适生长繁殖温度为28～31 ℃,最适pH为7.2,最适的盐浓度为0.5 % 左右[1]。在大豆酪蛋白琼脂培养基(trypticase soy agar medium,TSA)上形成直径1～3 mm的圆形、隆起、灰白色不透明菌落[8];在血琼脂平板上呈浅灰色,部分有β溶血环;在鉴别培养基RS平板上形成深黄色菌落。豚鼠气单胞菌的生长对营养需求不高,但一些物质能显著影响其生长:如豚鼠气单胞菌在固相时钙和镁离子、巯基化合物、二硫苏糖醇等能够提高其β溶血素的产生;L-半胱氨酸、EDTA可以降低其外毒素的表达;高含铁的培养基能提高溶血素的含量;铁的化合物却能够抑制豚鼠气单胞菌的生长。

1.3 临床特征

豚鼠气单胞菌在自然界中广泛分布,特别是水体和土壤中[2]。豚鼠气单胞菌常通过饮水和带菌食物感染人发病,甚至引起死亡,还可感染多种免疫力低下或有创伤的水生及陆生动物而引发疾病,给水产养殖带来严重损失。国内外相关研究表明,豚鼠气单胞菌能够引起草鱼、鲤鱼、鲫鱼、鲈鱼、甲鱼等多种经济型水生动物发病[8-9],大部分表现为鳍部充血、鱼鳞脱落、体表溃烂,腹腔内充满浑浊液体,肠道呈卡他性肠炎,有些呈急性发病,肉眼未见明显症状就已死亡。此外,豚鼠气单胞菌还对其他的水生生物致病,如感染虾会出现鳃丝肿胀,出现黑斑,虾体、足须发红,有些头胸部积液,肝胰腺肿大腐烂,并且大量死亡[10];甲鱼感染后出现精神委顿,腹部和四肢皮肤充血,多数表现裙边皱缩,严重的四肢皮肤腐烂,剖检见轻度腐烂崩解状腹膜出血,肝脏呈土黄色。此外,豚鼠气单胞菌还可感染一些陆生动物,相关研究表明豚鼠气单胞菌可使红嘴鸥机体消瘦,蹼的趾关节有颗粒样肿大,不能站立,有的突然死亡。小月龄蓝狐后肢肌肉深部溃疡,频繁出现尿湿、拉稀便继而脱水死亡的症状[1];林麝感染易猝死,可见内脏器官出血、肝脏发黑、直肠有出血点[11];蛇感染也会鳞片下皮肤起泡,遍布全身,泡内容物初期透明后为淡黄色黏稠状半固体。豚鼠气单胞菌除了感染动物和水生生物外,还可引起人胃肠炎、败血症、伤口感染、尿路感染、肝胆胰腺感染、角膜炎等,多数表现为发热、腹泻、胸闷、乏力、精神不振等,严重者引起其他并发症导致死亡[6]。

2 豚鼠气单胞菌国内外流行现状

豚鼠气单胞菌通过食源、水源、动物体等多种途径传播,近年来国内外有关豚鼠气单胞菌报道的流行病例也逐渐增多,主要集中在公共卫生领域和水产养殖疾病,引起了人们的重视。

2.1 人类流行现状

目前,国内外均有豚鼠气单胞菌在人类的相关报道。在日本,豚鼠气单胞菌已被列为菌血症病例中常见的病原体,仅神奈川县东野和卡吉加雅东野两家医院1994-2010年就接收36例气单胞菌菌血症患者,其中有18例为豚鼠气单胞菌感染[12]。2014年以色列国内也发现了首例豚鼠气单胞菌感染患者,并引起了卫生部门的重视[13]。还有报道表明2004年巴西伯南布哥州圣本多乌纳暴发的急性腹泻也由豚鼠气单胞菌引起[14]。豚鼠气单胞菌流行感染不仅在国外经常报道,国内也常有发生。豚鼠气单胞菌常引起人的肠胃炎,如潍坊市某学校48人出现腹泻,医院确诊为豚鼠气单胞菌感染;苏州市某酒家在办席后47人发生腹痛腹泻,经诊断由豚鼠气单胞菌引起;王意银等[15]在云南边防部队群体腹泻患者标本中检出8株豚鼠气单胞菌。其次在肝胆胰腺科也有豚鼠气单胞菌的报道,如河南省人民医院2015-2019年接收的41例豚鼠气单胞菌感染中就有15例[16];某三级医院62例豚鼠气单胞菌感染患者中就有12例是肝胆胰腺科[17]。另外,还有少量分布于呼吸科等,如北京丰台医院统计的210例肺部严重感染患者中有11例是豚鼠气单胞菌引起的菌血症[18];某院血液净化中心发生3例豚鼠气单胞菌感染病例[19]。豚鼠气单胞菌容易发生在自身抵抗力差、有免疫功能缺陷的患者中,通过饮水、带菌食物或外界感染,轻则不适,严重的导致死亡。

2.2 动物及水生生物流行现状

在水产养殖业,有关豚鼠气单胞菌感染引起的病例较多,给水产养殖业造成了巨大经济损失,在国内相关报道较多。从2000-2019年研究的报道来分析,豚鼠气单胞菌感染暴发的疾病多发生在草鱼、鲤鱼、鲶鱼、金鱼、鲈鱼等。如何永龙等[2]在江苏省某养殖场大量死亡的草鱼体内分离到病原菌豚鼠气单胞菌;韩英等从患出血病鲤鱼的肝脏和心、血中分离到豚鼠气单胞菌;吉莉莉[20]研究发现豚鼠气单胞菌是四川、重庆等地暴发南方鲶鱼传染病的病原菌,豚鼠气单胞菌感染还暴发于金鱼养殖场、鲈鱼养殖场[8]。除此之外,虾、甲鱼、泥鳅、蟹等经济型水生动物对豚鼠气单胞菌也易感。如从华中农业大学水产养殖基地[21]、上海天亿养殖基地和上海某养殖场[10]采集的病虾中都分离出了病原菌豚鼠气单胞菌;发生败血症死亡的甲鱼、养殖场发病的泥鳅也为豚鼠气单胞菌感染。在国外,豚鼠气单胞菌也可引起印度鲶鱼[22]发病,对坦巴基鱼[23]和银鲶鱼[24]致病,导致尼罗罗非鱼[25]死亡等。

豚鼠气单胞菌作为鱼类的一种重要病原体受到广泛关注,而豚鼠气单胞菌不仅感染水生生物,在陆生动物体也可以分离到豚鼠气单胞菌病原菌。如从淮安市动物园病死的羊驼、西安市动物园熊猫的血便、急性出血性败血症的中国豹[26]、圈养猝死的林麝[11]、辽宁鞍山养殖场患病的狐狸[1]中都分离出了病原菌豚鼠气单胞菌。

3 致病机理研究进展

豚鼠气单胞菌广泛存在于自然界,大部分为非致病性菌株,但有较强致病性的菌株可引起疾病的发生,在国内外均有相关的报道。有研究表明,病原菌对机体形成致病包括,黏附、入侵和溶解[27],由此推测豚鼠气单胞菌可能有相同的致病机制。刚开始有少量豚鼠气单胞菌致病菌黏附于动物皮肤或肠道,当动物机体免疫力降低[27]表面有创伤时,细菌就会趁机破坏皮肤或肠道黏膜侵入,大量繁殖,形成生物膜,成聚集性黏附模式。豚鼠气单胞菌在生长繁殖过程中会产生大量的代谢产物,包括各种胞外酶和外毒素等,具有很强的溶血活性和细胞毒性[28],已知胞外产物中有肠毒素、溶血素、蛋白酶、脂肪酶等。肠毒素是能引起肠道病变的毒素,其结合到肠上皮细胞后,立即激活了细胞膜上的腺苷酸环化酶,使细胞中的环磷酸腺苷浓度升高,导致细胞分泌大量肠液,出现稀便等症状,但豚鼠气单胞菌的胞外酶致病机制尚未明确,推测此机制可能和气单胞菌胞外产物致病机制相似,认为脂肪酶、淀粉酶等胞外酶分解宿主的组织,为细菌的生长繁殖提供营养物质,蛋白酶、磷酸酶破坏宿主膜系统,使细胞与组织间的通透性增加,细菌扩散速度加快,可能导致全身性感染,蛋白酶等分解蛋白成分。其中溶血素作为病原菌的一种毒力因子在细菌致病性和病理损伤机制上发挥着重要的作用,目前发现豚鼠气单胞菌、嗜水气单胞菌、温和气单胞菌等病原菌都能分泌强毒性的溶血素[29]。溶血素是对宿主细胞具有毒性、溶血性的可溶性蛋白质,溶血性表现为α或β溶血,它能使动物红细胞大量溶解,载氧量降低,导致机体贫血、缺氧,并协同其他胞外产物对机体组织结构造成广泛性损伤,导致各器官的功能降低,甚至丧失,最后引起死亡。

在豚鼠气单胞菌感染的研究中,动物的肝、肾、脾肿大、皮肤损伤和肝脏能量代谢障碍都有直接关系[30]。一些证据表明脂质过氧化和蛋白质羰基化水平的增加,以及肝脏抗氧化状态的损害,与气单胞菌感染的疾病病理和临床症状相关[31]。此外,海鳟鱼被自然感染气单胞菌后,诱导氧化应激并损害肝脏抗氧化防御系统,证实了氧化应激参与溃疡性皮肤坏死的发病机制[32]。在这些致病机制过程中,细菌的侵袭与繁殖会对动物体的致病力逐渐增强,可形成很强的传染性,可能导致动物群体发病。

4 预防和治疗

豚鼠气单胞菌可导致人和动物发生多种疾病,其宿主分布比较广泛,为了预防疾病的发生,应提前进行防控、切断传播途径,这是病原控制的关键。目前,关于细菌防治的方法有很多,包括灭活疫苗、口服疫苗、蛋白疫苗、抗菌药物等,在实际的操作中抗菌药物防治比较常见,因为市场上抗菌药物种类繁多,用药者用药不规范的行为,导致细菌耐药现象的产生、严重污染水体、动物体内造成残留的现象,所以在使用时应严格按照说明以及国家抗菌药物使用规定用药[33]。豚鼠气单胞菌的来源和研究方法不同,其敏感性和耐药性也有所差异,综合来看豚鼠气单胞菌对头孢曲松、氯霉素、庆大霉素、氟苯尼考、四环素、氟嗪酸、多西环素等药物有较高的敏感性,对诺氟沙星、氨苄青霉素、阿奇霉素、环丙沙星、红霉素、复方新诺明、新生霉素、链霉素、利福平等药物有不同程度的耐药[34]。因此,在病原菌的防治过程中应根据实际情况,参考药敏结果,在允许使用的情况下科学选用抗菌药物进行防治。

5 小结与展望

豚鼠气单胞菌作为一种条件性致病菌,在国内外的相关研究仍较少,主要集中在临床继发感染病例的研究报道,还需加大对菌株的致病性、胞外产物的研究。而豚鼠气单胞菌的胞外产物在致病过程中发挥重要作用,其致病机理尚不完善,不管是单一致病因子还是多种致病因子联合,均需要进一步验证,这些对疾病的发生和防治都有重要作用。最近,笔者及实验室课题组从查干湖患病鲢鱼体分离出的豚鼠气单胞菌及其胞外产物进行研究,并进一步探究其致病机制,相信通过我们的努力,其致病机制将会更加完善,为今后在疾病上的防治及应用提供理论依据。