空肠弯曲杆菌及其致病机制研究进展_倪宏波

文章编号:1002-2694(2010)08-0970-04

空肠弯曲杆菌及其致病机制研究进展*

倪宏波1,刘思国2

中图分类号:R 378 文献标识码:A

*兽医生物技术国家重点实验室开放课题基金项目(S KL VBF200807)

通讯作者:刘思国,Email:siguo_liu @h

作者单位:1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院,大庆 163319;

Email:nihongb o@s ;

2.中国农业科学院哈尔滨兽医研究所动物细菌病研究室,哈尔滨 150001

空肠弯曲杆菌(Camp y lobacter j ej uni ,C.j e -j uni )是自上世纪80年代以来受到国内外广泛关注的人兽共患病原菌,对人的感染率不亚于沙门氏菌和志贺氏菌。目前C.j ej uni 已经成为许多工业化国家最为普遍的食源性疾病病原之一。迄今为止,已经开展了对该菌的生物学特性、血清学特性、感染谱、质粒和染色体以及人类空肠弯杆菌性肠炎的流行病学、诊断治疗等方面的研究工作,但是关于其致病的分子机制知之甚少。

2000年完成了C.j ej uni NCTC11168基因组(1.6mega bases)测序工作,弯曲杆菌属的研究工作进入到具有重要意义的后基因组时代,尽管不同C.j ej uni 菌株的基因组和遗传信息是有效的研究工具,但是对C.j ej uni 毒力的透彻了解还有很多工作要做,目前已知的是C.j ej uni 和其他引起腹泻的细菌相比较不产生大量的典型毒力因子。相反,人空肠弯曲杆菌病的流行病学资料和近期动物模型的研究均表明:在探讨人空肠弯曲杆菌病致病机制时应该充分考虑宿主的因素112

。本文对C.j ej uni 有关致病因素与机制研究进行综述。1 空肠弯曲杆菌病概述

C.j ej uni 属于弯曲杆菌科,已报告16种。现己发现该菌除引起人类发热、急性肠炎和格林巴利综合症(Guillain -Barre syndro me,GBS)外,还可引起牛和绵羊流产,火鸡的肝炎和蓝冠病,童子鸡和雏鸡坏死性肝炎,以及雏鸡、犊牛、仔猪的腹泻等多种疾病。人弯曲杆菌感染90%以上是由C.j ej uni 和结肠弯曲杆菌引起的。弯曲杆菌广泛存在于环境、野生鸟类和哺乳动物体内,特别是C.j ej uni 能在鸡的肠道内寄居,在火鸡和鸭也可发现122。在人类感染弯曲杆菌散发病例中,超过90%是由于食用了污染的鸡肉产品及其交叉污染物,或者是与污染的肉类和奶类的制品有过接触所致。

由于在家禽及其生肉制品分布广泛,C.j ej uni 在工业化国家已经成为最普遍的食源性疾病病原之一,在美国每年有250万例疾病发生。而在德国每年超过6万例病例。在欧盟,空肠弯曲杆菌病例数比沙门氏菌病还多132。尽管弯曲杆菌病只占食物相

关死亡病例的5%,但却占医院确诊的食源性感染病例的17%。任何年龄均可感染C.j ej uni ,以4岁以下和15~39岁者最易感。

目前发现,C.j ej uni 寄居在消化道的末端(回肠、空肠和结肠),通常不会引起任何的症状。在大多数有症状的病例里,往往在开始1~3d 会出现发热、呕吐和头疼等前驱症状,随后3~7d 出现伴有腹痛的水样或血样的腹泻,弯曲杆菌肠炎被认为是引起肠道炎症发生的重要因素142

。此外,也可能发生

关节炎和GBS 。

由于动物源和人源弯曲杆菌分离株间存在广泛的遗传多态性,所以临床表现迥异。C.j ej uni 的基因组带有几个易于通过错配机制发生相变异的同源聚合G 束基因。细菌表面成分的相变异也许是关于细菌免疫逃避和毒力变异的合理解释

152

。但是,

迄今为止,仍不清楚弯曲杆菌病的发病机制是否和相变异有关。同样,有关C.j ej uni 毒力因子的资料也很有限,而且还不能确定活鸡携带唯一一种细菌是否能进入人体并致病,也不能确定亚种群是否存在毒力差异。最终可能是由宿主对C.j ej uni 敏感性的差异来决定感染的结果。在这点上,可以通过流行病学调查等途径证实显性感染能诱导保护性免疫应答。如在屠宰场工作的工人在刚开始工作的时候往往会表现出肠道疾病的症状,之后类似的症状逐渐消失,这似乎与他们工作期间接触C.j ej uni 从而产生诱导保护性的免疫应答有关

162

。

2 C .jejuni 鞭毛的致病机制

在培养细菌的过程中,经相差显微镜观察,发现该菌具有一根长鞭毛,运动极为活泼,呈穿梭状运动;经透射电镜观察,肝组织中的空肠弯曲菌也带有一根长鞭毛。一般认为,鞭毛仅是细菌的运动器官,

多用于菌种的鉴定,而近年来的实验证明,鞭毛是一

种毒力因子。

2.1运动性和趋化性 C.j ej uni有单侧的鞭毛,鞭毛由O连接性糖基化鞭毛蛋白构成,是其粘附到肠道上皮细胞的关键所在。而且,鞭毛对于C.j e-j uni侵入宿主细胞的重要性已得到证实,体外试验中无鞭毛的C.j ej uni突变株在宿主细胞的细胞内摄作用明显减弱172。鞭毛在毒力方面的重要性大大激发了学者们对鞭毛生源说发生机制的兴趣,弯曲杆菌鞭毛调节的中心包含传感器Flg S和反应调节器FlgR的二组分系统。此外,C.j ej uni的调节器fliA(sigm a28),rpo N(sig ma54)以及持家基因rpoD(sig ma70)共同协作表达大量的与运动性、蛋白分泌(Cia)和侵入相关的基因182。Flg P和Flg Q 两种蛋白对鞭毛的运动性至关重要,但是它们的作用机制仍不清楚,而且以往的研究也没有发现他们具有明确的遗传同源性192。其它重要的鞭毛基因调控子如FlhC和FlhD,在其它种细菌能够发现,而在C.j ej uni基因组中常常缺失112。

鞭毛有利于生物体运动,在趋化运动方面也具有重要作用。在C.j ej uni的基因组序列中,趋化相关基因cheA、cheW、cheV、cheY、cheR和cheB等的直系同源物已经被鉴定,它们中的一些基因能够在鸡肠道中共栖。作为反应调节器的CheY基因在鞭毛旋转运动中起重要的作用,并在动物模型毒力研究方面至关重要。相类似,C.j ej uni在INT407细胞的粘附与侵入的趋化作用通过插入突变分析来实现的。突变株能寄居在鼠体内,但是不能引起动物模型发生疾病。因此,可以表明这些细菌可以向隐窝内的粘膜移行,但是不能穿透粘膜。总之,细菌鞭毛和它的组分是C.j ej uni与宿主细胞相互作用的关键因素,能使其寄居在肠道内。然而,调节C.j e-j uni运动性和趋化作用的信号转导途径仍需要进一步的研究1102。

2.2粘附与侵入有研究表明:C.j ej uni粘附和结合因子在寄居过程中的重要性可以从感染个体临床症状的严重性与分离培养细胞上吸附C.j ej uni 程度的相关度来体现。以前,人源和非人源细胞系被用于评价C.j ej uni与宿主细胞之间相互作用。在这些研究中,人肠上皮细胞系(INT407)和结肠细胞系(Caco-2)都是体内用来模拟C.j ej uni作用条件的首选。这些实验验证了原来假想的C.j ej uni 的粘附或者结合因子,如纤连蛋白结合外膜蛋白CadF、自动转运蛋白CapA、胞质结合蛋白PEB1和表面暴露脂蛋白JlpA。CadF在C.j ej uni和大肠杆菌中表达,并通过结合细胞基质蛋白纤连蛋白介导细胞粘附。然而,大肠杆菌cadF基因不同于插入39bp序列的C.j ej uni的基因。体外研究表明C. j ej uni CadF比大肠杆菌CadF能更有效结合和侵入IN T-407上皮细胞,可以被确定为重要的致病相关因子,因为这种差别可以显著的减少cadF突变菌株1112。

通过活组织检查来自患者和几种组织培养模型中细胞内寄生细菌已经证实了C.j ej uni具有侵袭性。同样,不同动物模型的许多研究表明:早期的粘膜损伤是寄居在结肠粘膜细胞的C.j ej uni侵入的结果,可以证实C.j ej uni的侵入能力是其重要的毒力相关因子。但是,不同的C.j ej uni菌株对宿主细胞的侵入能力有所差异,这种差异能充分说明其与病原侵袭力之间的关系1122。CadF能起双重作用,不仅可以通过特异结合从肠细胞分离的纤维连接蛋白来激发对宿主细胞的粘附,而且可以通过激发信号传导途径引起小GT P酶类Rac1和Cdc42的活化。C.j ej uni是通过鞭毛以一种特殊的方式进入肠道细胞的,它的一些其它因子如荚膜多糖、脂低聚糖的唾液酸化作用或弯曲杆菌侵袭抗原(Cia),也在其侵入细胞过程中被细致的研究,以确定其具体的作用。Cia是在胆汁组分脱氧胆酸盐存在时合成的,但它们的分泌机制和侵袭机制目前还不清楚。目前逐渐认识到原核生物的毒力机制是通过对宿主细胞浆的细菌组分靶向作用直接破化宿主细胞。Konkeletal等描述了C.j ej uni蛋白CiaB似乎就是在侵袭过程中进入宿主细胞的,CiaB突变株会出现许多细菌蛋白分泌不足的现象。这种因子的直接分泌需要类似III型分泌系统的参与,就象给宿主细胞直接注射效应分子一样。但是C.j ej uni并没有激发III型分泌系统,而且也没有获得在宿主细胞内直接注射CiaB的证据,这就可以假设CisB和其它分泌蛋白需要一种有用的鞭毛运输装置来发挥其分泌功能。同样,一种与鞭毛FlaA和FlaB同源的分泌蛋白FlaC支持这个说法,鞭毛运输装置可能在宿主细胞侵袭方面具有重要的作用。但是C.j ej u-ni毒力分泌机制还没有得到确认。Schm idt-Ott等分析了自血样或水样痢疾患者分离的C.j ej uni,发现只有少数分离菌具有pVir,而大多数细菌的质粒属于不同于pV ir的亚群。这个新亚群的质粒间具有广泛的相似性,包括所谓的侵袭启动基因。和pVir相似,这些质粒的接合转移不能提高阴性菌株的侵袭力,这就说明侵袭相关基因位于染色体上。尽管有关侵袭相关细菌因子的资料在不断积累,但是C.j ej uni的侵袭力对人致病机理还需进一步