志贺毒性大肠杆菌 (STEC) 的临床实验室检验

志賀毒性大腸桿菌(STEC)的臨床實驗室檢驗

陳星宇1孫俊仁2*

1台北市立聯合醫院仁愛院區

2三軍總醫院臨床病理科

人類如果感染志賀毒性大腸桿菌 (shiga toxin–producing Escherichia coli ,STEC)會造成嚴重腹瀉。即時且適當的診治可以減少病人併發嚴重腎臟疾病及改善病人預後。所以實驗室如何正確診斷志賀毒性大腸桿菌就很重要。以群聚感染爆發與感染控制的角度而言，實驗室必須能區分所流行的志賀毒性大腸桿菌血清型。本篇文章為介紹臨床實驗室診斷志賀毒性大腸桿菌的檢驗流程。此流程包含腹瀉檢體的採集及運送、針對志賀毒性大腸桿菌的培養及非培養的相關鑑定試驗。在台灣，志賀毒性大腸桿菌所造成的群聚感染並不常見，主要是跟我們熟食的飲食習慣有關。但隨著生食主義及生機飲食的盛行，志賀毒性大腸桿菌感染的風險也相對提高。臨床實驗室了解如何快速檢測志賀毒性大腸桿菌感染就顯得格外重要。

關鍵詞：志賀毒性大腸桿菌、志賀毒素

志賀毒性大腸桿菌

(Shiga toxin–producing E. coli, STEC)簡介

志賀毒性大腸桿菌(Shiga toxin–producing E. coli, STEC)泛指會產生志賀毒素(shiga toxin)的大腸桿菌[1-3]。大腸桿菌的分型主要依據O抗原及H抗原進行血清分型。O抗原為表面抗原(Somatic Ag)而H抗原則為鞭毛抗原(Flagellar Ag)。STEC亦可以專一性抗血清針對其表面抗原及鞭毛抗原進行分型。舉例來說，STEC下最有名的E. coli O157:H7，別名為STEC O157:H7表示其所攜帶的表面抗原為O 157，而其所攜帶的鞭毛抗原為H7，並且可以產生志賀毒素。STEC 在分類上可以區分成O157 STEC及Non-O157 STEC 兩類。常見的STEC感染症主要是感染 E. coli O157:H7。但是至少還有150種STEC血清型證實與群聚感染或是人類疾病有關，這些血清型別可以被歸類為non-O157 STEC。在美國地區non-O157 STEC感染症與六株non-O157血清型(O26, O45, O103, O111, O121及O145)較為相關[4, 5]。志賀毒素的命名最早是因為其毒素結構與功能類似於Shigella dystenteriae 所分泌之Shigella dystenteriae type 1[6]。目前常見的Shiga toxin可以分成兩大類，分別為Shiga toxin 1 (Stx1)及Shiga toxin 2(Stx2) [7, 8]。其他常見名稱像是verocytotoxigenic E. coli則是指其所分泌的志賀毒素會使Vero細胞株產生細胞病變現象。因其會造成人類疾病主要是以腸道出血，所以又稱為enterohemorrhagic E. coli。STEC感染主要會造成急性腹瀉(diarrhea)，此外約8%病人在感染後會出現溶血性尿毒症候群(hemolytic uremic syndrome, HUS)的症狀。其他嚴症狀像是血小板減少症(thrombocytopenia)、溶血性貧血(hemolytic anemia)及腎衰竭(renal failure)等症狀。如果臨床上觀察到血栓性血小板低下性紫斑症(thrombotic thrombocytopenic purpura，TTP)或是溶血性尿毒症候群伴隨腹泄癥候，則必須要懷疑為STEC感染[9, 10]。但是，並非每個感染STEC病人都會出現溶血性尿毒症候群，出現症狀輕重與否與菌種毒性及宿主免疫力有直接關係。而HUS 症狀則是無論是O157 STEC亦或是non-O157 STEC皆有可能造成[10]。STEC造成的感染症主要是因為食用被STEC所污染過的食物(未煮熟的絞肉、受汙染的果汁、生菜及牛奶)、飲用

收稿日期：100年10月12日

通訊作者：孫俊仁三軍總醫院臨床病理科 台北市內湖區成功路2段325號臨床病理科

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志賀毒性大腸桿菌的檢驗

水及與環境動物接觸或經由幼兒照護而傳染給幼兒。根據文獻指出只要感染約100個O157 STEC病原菌即會出現症狀，但是其他的血清型並未有相關文獻報導。有文獻指出使用抗生素治療STEC感染症，將會提高腎臟疾病的發生機率，並且增加併發嚴重副作用的風險[2]。所以實驗室快速且正確診斷出STEC，將有助於臨床更改治療模式及避免使用抗生素以改善病人預後。若實驗室能進一步快速鑑別診斷STEC血清型，將可避免病菌爆發群聚感染及後續感控措施的規畫。所以，實驗室如何即時檢驗及診斷STEC的感染症將是一個重要的課題[10]。

臨床實驗室檢驗流程

臨床實驗室進行STEC菌株之檢驗最好的檢體是腹瀉檢體(diarrheal stool)，腹瀉檢體的採集最好是在病人意識清楚且未使用抗生素前採集。實驗室建議操作流程參照圖1。腹瀉檢體採集後應儘快送往實驗室進行後續檢驗工作，檢體同時進行兩個不同檢驗流程，一為偵測志賀毒素：可以利用腹瀉檢體直接進行志賀毒素檢驗，確認檢體中是否有志賀毒素存在。但臨床腹瀉檢體中的志賀毒素可能會因為較少而容易發生偽陰性的情況，所以實驗室如果偵測結果為陰性，則可再將這檢體接種於液態培養基進行增菌培養，第二天再以液態培養基偵測確認是否有志賀毒素存在[11]。二為細菌培養：實驗室必須先操作臨床常見腸道腹瀉相關致病菌的培養(例如：沙門氏菌Salmonella、痢疾桿菌Shigella及彎曲桿菌Campylobacter )，以排除非其他病原菌所造成的腹瀉。接著必須將檢體接種於對STEC具有專一性篩選的培養基，第二天於篩選培養基上篩選懷疑是STEC菌落，再與STEC專一性抗體進行凝集反應確認是否為STEC。如果菌落與抗體產生凝集反應，則必須以傳統生化反應或自動鑑定儀器確認該菌落為大腸桿菌。則此大腸桿菌即為會產生志賀毒素的大腸桿菌。以下流程包含腹瀉檢體的採集及運送、針對志賀毒性大腸桿菌的培養及非培養的相關鑑定試驗[2]。簡述如下：

檢體採集與運送

圖1 志賀毒性大腸桿菌檢驗流程

檢體採集完成後，宜儘快送往細菌室進行後續相關檢驗工作。目前市面上有販賣之的商業套組所偵測標靶為噬菌體(phage)所攜帶的志賀毒素。如果檢體放置時間過久，可能會發生噬菌體溶解細菌而造成細菌死亡，毒素標靶將會消失不見而使志賀毒素結果為偽陰性[12]。檢體如果無法馬上送往細菌室則建議把檢體進行冷凍保存並應該在24小時內進行相關檢驗工作，如果運送過程中有使用運送專用培養基(transport medium)進行運輸，則建議在48小時內進行檢測。運送培養基必須選擇可以支持腸道細菌生長的運送培養基，例如：Cary-Blair運送液就是不錯的選擇。實驗室如果要直接以腹瀉檢體偵測志賀毒素，則不建議將檢體加入運送培養基運送以避免稀釋檢體中的志賀毒素。

以培養方法偵測STEC

根據前面所言，STEC可以區分成O157 STEC及non- O157 STEC兩大類，這兩大類在培養流程及鑑定程序上有極大差異。在臨床醫學實驗室主要會遭遇的最大威脅為O157 STEC。所以，實驗室所建立的培養鑑定流程應以O157 STEC為主。一般大腸桿菌則為可以發酵山梨糖醇，但O157 STEC具有不會發酵山梨糖醇(sorbitol)[8]。O157 STEC的培養可以直接將檢