感染的机理

Veterinary Microbiology 兽医微生物学 1 第四章 细菌的感染与致病机理 第一节 细菌的致病性和毒力 第二节 细菌的毒力因子及分泌系统 2 第一节 细菌的致病性和毒力 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 染的能力称为致病性。 致病性是细菌种的特征之一 2.毒力（ virulent） 病原菌致病力的强弱程度，是量的概念，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。 3 利用 柯赫法则 1.经典柯赫法则 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 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 一、细菌致病性的确定 4 柯赫法则的局限性 在确定细菌致病性方面具有重要意义，特别是鉴 定一种新的病原体时非常重要。但是，它也具有 一定的 局限性 ，某些情况并不符合该法则。 如健康带菌或隐性感染， 有些病原菌迄今仍无法在体外人工培养 有的则没可用的易感动物。 该法则只强调了病原微生物一方面，忽略了它与 宿主的相互作用，是不足之处。 5 基因水平 柯赫法则 1.应在致病菌株中检出某些 基因或其产物 ，而无毒 力菌中无。 2.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。 3.将细菌接种动物时，这个 基因应 在感染的过程中 表达 。 4.在接种动物中，能检测到这个 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）。 6 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。 3.细菌载量（ Bacterial Load） 感染动物不同组织脏器的细菌数量。优点是克服了 LD50和 ID50的缺陷（需要 大量动物），可以精确定量，还还以比较不同菌株毒力的差异。 二、细菌毒力的测定 7 粘附因子（菌毛等） 菌体表面结构 侵袭力 荚膜、微荚膜或类似结构 血浆凝固酶 侵袭性酶（胞外酶） 透明质酸 酶 毒力 链激酶 外毒素 毒 素 内毒素 第二节 细菌的毒力因子 毒力 ：病原菌致病力的强弱程度。 毒力因 子 ：构成细菌毒力的因子 8 （一）定殖（ colonization） 细菌感染的第一步。 1.粘附素（ adhesin）： 凡具有粘附作用的细菌结构成份。 2.受体（ receptor）： 细胞或组织表面与粘附素相互作用 的成份。 一、侵袭力（ invasiveness） 定义：是指病原菌在机体内定殖、突破机体的防御屏障及内化作用，在体内繁 殖和扩散的能力。 侵袭力 可以导致病原菌在体内 定殖 、 干扰或逃避宿主的防御 机制 、 内化 、 在体内增殖 、 在体内扩散 。 9 单核细胞增多性李斯特菌与细胞受体 10 E. coli with fimbriae 11 黏附素受体 (Receptor) 定义：细胞或组织表面与黏附素相互作用的成分。 1.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。 2. 蛋白质 : 最有代表性的是细胞外基质 (extracellular matrix, ECM)等，如胶原蛋白（ Collagen）、层黏蛋 白 (Laminin)、纤黏蛋白 (Fibronectin)等。 12 (1)不与吞噬细胞接触（如链球菌，通过外毒素破坏细胞骨 架） (2)抑制吞噬细胞的摄取（如荚膜、菌毛） (3)在吞噬细胞内生存 （如结核分枝杆菌、单增李斯特菌 ） (4)杀死或损伤吞噬细胞 （细菌分泌外毒素或蛋白酶破坏 宿主细胞的细胞膜） （二） 微生物的干扰或逃避宿主的防御机制 1.抗吞噬作用 13 (1)抗原伪装或抗原变异 （如金葡菌的 SPA伪 装成抗原与抗体结合） (2)分泌蛋白酶降解免疫球蛋 白（如嗜血杆菌可以分泌 IgA蛋白酶，破坏 黏膜表面的 IgA） (3)逃避 补体 ，抑制抗体产生 (如脂多糖 LPS、荚膜、 S-layer)。 2.抗体液免疫机制 补体 (complement)： 是存在于正常人和动物血清与组织液中的一组经 活化后具有酶活性的蛋白质。可辅助和补充特异性抗体，介导免疫溶 菌、溶血作用，故称为补体。 14 某些细菌粘附于细胞表面之后，能进入吞噬细胞或非 吞噬细胞内部的过程（如单增李斯特菌、结核分枝杆菌等 ）。 意义 :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。也可随吞噬细 胞的游走而扩散至其他部位，造成广泛病变。 （三）内化作用 15 Molecular Microbiology & Food Safety Laboratory 李斯特菌的内化作用 plcA plcB 16 （五）在体内扩散 细菌分泌的胞外蛋白酶 (外毒素的一种 )，破 坏宿主细胞膜。如：透明质酸酶 、胶原酶、神经氨酸 酶、磷脂酶、卵磷脂酶、激酶、凝固酶。 （四）在体内增殖 是感染的核心问题，增殖速度对致病性极其重要。（ 宿主内无游离铁、细菌需要特殊的获铁系统摄取。 赤 藓醇 为布鲁氏菌生长所必须，但在体内只存在生殖系 统，所以感染 ） 17 （一）外毒素（ exotoxin） 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 。 1.化学性质： 蛋白质 2.产生： G+、 G-均产生，分泌至胞外 二、 毒素（ toxin） 18 （ 1）毒性作用极强 （ 2）有高度的特异性 （ 3）不耐热，多数在 6080 经 1080min即失去毒性 （ 4）对宿主不致热 （ 5）抗原性强，刺激机体产生中和抗体 抗毒素 ： 外毒素刺激机体产生特异性的抗体，可用于紧急治疗 和预防。 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 。 3. 特性： 菌种特异性 19 A亚单位： 毒素的活性中心，决定毒素的毒性效应。 B亚单位： 结合单位，协助 A亚单位。 B亚单位可单独与细胞膜受体结合，从而阻断完整毒素结 合细胞。刺激机体产生相应的抗体，可作为良好的亚单位疫 苗。 如：霍乱毒素 4. 外毒素组成 20 （二）内毒素（ endotoxin） 内毒素： 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。 1.化学性质： 脂多糖（ LPS） 2.特征： 革兰氏阴性菌 产生、不能产生类毒素。 21 3. 特性 (1)毒性弱，很少致死 (2)致发热、腹泻、呕吐 (3)耐热，加热 100 经 1h仍不被破坏，必须加热 160 经 24h，或用强酸、强碱或强氧化剂煮沸 30min才失活。 (4) 抗原性较弱，免疫应答不足以中和毒性 22 （ 1） O特异性多糖侧链 （ O抗原） （ 2） 非特异性核心多糖 （ 3） 类脂 A ：主要的毒性部分，由磷酸化的 N乙酰葡萄糖胺双体和 6-7个饱和脂肪酸组成 ，它将 LPS固定在外膜上。 检测方法： 鲎试验 （内毒素激活鲎变形细胞溶 解物，使凝固蛋白聚集成凝胶状态） 4. 内毒素组成 23 内毒素在革兰氏阴性菌上的分布 24 内毒素与外毒素的比较 种类 内毒素 外毒素 来源 革兰阴性菌 革兰阳性菌部及分革兰阴性菌 存在部位 细胞壁成分、细菌裂解后释出 活菌分泌或细菌溶解后散出 化学成分 脂多糖 蛋白质 稳定性 好、 160 2-4小时破坏 差、 60-80 30分钟破坏 毒性作用 较弱、各种内毒素作用大致 相同，起休克，发热，等 强、对机体组织器官有选择性， 引起特殊临床表现 抗原性 弱，能刺激机体形成抗体， 但无中和作用， 甲醛处理后不能形成类毒素 强，能刺激机体形成抗毒素， 经甲醛脱毒后能形成类毒素 25 肉毒素（肉毒杆菌在繁殖过程中分泌的内毒素） v 生物武器（能破坏生物的神经系统，使 人出现头晕、呼吸困难、肌肉乏力等症 状）。 v 美容制剂（能阻断神经和肌肉之间的 “ 信息传导 ” ，使过度收缩的肌肉放松舒 展（麻痹），皱纹便随之消失） 26 三、细菌的 型分泌系统 u 型分泌系统 （ type secretion system， T3SS） 是 一个由多组分蛋白复合体形成的跨膜通道 u T3SS与动植物的许多革兰氏阴性病原菌毒力因子的 分泌有关 u 编码 T3SS的基因通常位于毒力岛上，约有 20 30个 27 Secreted proteins in diderm (Gram-negative) bacteria Desvaux M., Hebraud M., Talon R. and Henderson I. R. (2009). Secretion and subcellular localizations of bacterial proteins: a semantic awareness issue. Trends Microbiol 17(4): 139-145. Standardized nomenclature for secretion systems from type I to type VIII is for Gram- negative bacteria only. 28 机会致病菌（条件致病菌） 机会致病菌（ Opportunistic pathogen）：某些细菌通常不主动 入侵宿主，但当宿主的免疫屏障被打开或 免疫功能异常 时 ，这类细菌的就会进入机体的血液或组织，造成感染并致 病。 正常菌群与宿主之间，正常菌群之间，通过营养竞争，代谢产 物的相互制约等因素，维持着良好的生存平衡。在一定条 件下这种 平衡关系被打破 ，原来不致病的正常菌群中的细 菌可成为致病菌，称这类细菌为 机会性致病菌，也称条件 致病菌。 条件致病菌又称为机会致病菌 ，在某种特定条件下可致病的细 菌，称为条件致病菌。条件致病菌是人体的正常菌群，当 其 集聚部位改变 、 机体抵抗力降低 或 菌群失调 时则可致病 29 细菌毒力的增强和减弱 细菌毒力减弱的方法（ 疫苗的制备 ）： v 长时间体外连续培养传代（如：巴氏杆菌） v 在高于最适生长温度条件下培养（