细菌的感染和致病机理.ppt

第五章第五章 细菌的感染和致病机理细菌的感染和致病机理概念概念细菌的致病性及毒力细菌的致病性及毒力细菌的毒力因子细菌的毒力因子岳 华有关概念有关概念1 1、感染、感染 (infection) (infection)是指病原微生物在宿主是指病原微生物在宿主体内持续存在或增殖体内持续存在或增殖2 2、发病、发病 (disease)(disease)表示表示病原微生物感染之后，病原微生物感染之后，对对宿主造成明显的损害宿主造成明显的损害3 3、病原菌、病原菌(pathogenic bacteria)(pathogenic bacteria)是指那些是指那些导致机体发病的细菌是一群已适应宿主导致机体发病的细菌是一群已适应宿主且只能在宿主体内存在或增殖的微生物且只能在宿主体内存在或增殖的微生物第一节第一节 细菌的致病性和毒力细菌的致病性和毒力一、概念一、概念 1. 1.致病性致病性(Pathogenicity) (Pathogenicity) ：：一定种类的病原菌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在一定的条件下，能在宿主体内引起感染的能力 细菌的致病性是针对宿主而言；不同的病原菌对细菌的致病性是针对宿主而言；不同的病原菌对宿主可引起不同的疾病，表现为不同的临床症状宿主可引起不同的疾病，表现为不同的临床症状和病理变化，如炭疽杆菌引起炭疽，而霍乱弧菌和病理变化，如炭疽杆菌引起炭疽，而霍乱弧菌则引起霍乱。

因此，致病性是细菌种的特征之一则引起霍乱因此，致病性是细菌种的特征之一 2.2.毒力毒力(virulent) (virulent) ：：病原菌致病力的强弱程度称病原菌致病力的强弱程度称为毒力为毒力 ，同一细菌的不同菌株，其毒力不一样，，同一细菌的不同菌株，其毒力不一样，因此，毒力是菌株的特征因此，毒力是菌株的特征 如本实验室分离的高致病力鸭源大肠杆菌菌株如本实验室分离的高致病力鸭源大肠杆菌菌株10108 8CFU/CFU/只肌肉注射，可在只肌肉注射，可在24h24h内致死内致死1212日龄，而日龄，而从健康鸭泄殖腔分离鉴定出的，肌肉注射从健康鸭泄殖腔分离鉴定出的，肌肉注射10101010CFU/CFU/只非致病性大肠杆菌菌株只非致病性大肠杆菌菌株, ,雏鸭不发病雏鸭不发病二、科赫法则二、科赫法则1.1.可疑病原菌应在同一疾病中查见，在健康者不存在可疑病原菌应在同一疾病中查见，在健康者不存在2.2.该病原菌能被分离培养而得到纯培养该病原菌能被分离培养而得到纯培养; ;3.3.此纯培养物接种易感动物，能导致同样病症此纯培养物接种易感动物，能导致同样病症; ;4.4.自实验感染的动物体内能重新自实验感染的动物体内能重新分离到该病原菌分离到该病原菌1. 1. 应在致病菌株中检出某些基因或其产应在致病菌株中检出某些基因或其产 物，而无毒力菌株中无。

物，而无毒力菌株中无2. 2. 如有毒力菌株的某个基因被损坏，则菌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隆到无毒菌株内，后者成为有毒力菌株基因水平科赫法则基因水平科赫法则3. 3. 将细菌接种动物时，这个基因应在感将细菌接种动物时，这个基因应在感染的过程中表达染的过程中表达4. 4. 在接种动物检测到这个基因产物的抗在接种动物检测到这个基因产物的抗体，或产生免疫保护体，或产生免疫保护该法则也适用于细菌以外的微生物，该法则也适用于细菌以外的微生物，如病毒三、细菌毒力的测定三、细菌毒力的测定1 1、半数致死量、半数致死量 (LD50) (LD50) 是指能使接种的实验动物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 2、、半半数数感感染染量量 (ID50)(ID50)某某些些病病原原微微生生物物只只能能感感染染实实验验动动物物、、鸡鸡胚胚或或细细胞胞，，但但不不引引致致死死亡亡，，可可用用ID50ID50来来表表示示其其毒毒力力。

测测定定的的方方法法与与测测定定LD50LD50类类似似，，只只不不过过在统计结果时以感染者代替死亡者在统计结果时以感染者代替死亡者第二节第二节 细菌的毒力因子细菌的毒力因子一、概一、概 念念 1 1、、毒毒力力因因子子：：　　构构成成细细菌菌毒毒力力的的物物质质称称为为毒毒力力因因子子，，主主要要有有侵侵袭袭力力和和毒毒素素，，此此外外有有些些毒毒力力因因子子尚尚不不明明确确近近年年来来的的研研究究发发现现，，细细菌菌的的许许多多重重要要毒力因子的分泌与细菌的分泌系统有关毒力因子的分泌与细菌的分泌系统有关   2 2、、侵侵袭袭力力：：　　病病原原菌菌在在机机体体内内定定殖殖，，突突破破机机体体的的防防御御屏屏障障，，内内化化作作用用，，繁繁殖殖和和扩扩散散，，这这种种能能力力称为侵袭力称为侵袭力 3 3、、定定殖殖（（定定居居））：：是是细细菌菌感感染染的的第第一一步步，，实实现现定定殖殖的的前前提提是是细细菌菌要要黏黏附附在在宿宿主主易易感感组组织织细细胞胞表表面面如如：：消消化化道道、、呼呼吸吸道道、、生生殖殖道道、、尿尿道道及及眼眼结结膜膜等等，，以以免免被被肠肠蠕蠕动动、、黏黏液液分分泌泌、、呼呼吸吸道道纤纤毛毛运运动动等等作作用用所清除。

所清除  4 4、黏附素（、黏附素（adhesinadhesin）：）：凡具有黏附作用凡具有黏附作用的细菌结构成分，统称为黏附素通常是的细菌结构成分，统称为黏附素通常是细菌表面的一些大分子结构成分，菌毛、细菌表面的一些大分子结构成分，菌毛、某些外膜蛋白某些外膜蛋白(OMP)(OMP)、磷壁酸、磷壁酸 (LTA) (LTA)等  某有些黏附素无组织嗜性，如某有些黏附素无组织嗜性，如 的的1型菌毛型菌毛（（F1）能黏附于任何动物、任何组织细胞表）能黏附于任何动物、任何组织细胞表面有些有组织嗜性，如面有些有组织嗜性，如 的的F4（（K88）仅黏）仅黏附于猪的小肠前段，附于猪的小肠前段，F6则仅黏附于猪的小肠则仅黏附于猪的小肠后段这与细胞表面受体有关这与细胞表面受体有关 5 5、受体：细胞或组织表面与黏附素相互作用的、受体：细胞或组织表面与黏附素相互作用的成分称为受体成分称为受体 多为细胞多为细胞表面糖蛋白，其中的糖残基往往是黏附表面糖蛋白，其中的糖残基往往是黏附素直接结合部位，如大肠杆菌素直接结合部位，如大肠杆菌1 1型菌毛结合型菌毛结合D D甘露甘露糖、霍乱弧菌的糖、霍乱弧菌的4 4型菌毛结合岩藻糖及甘露糖、型菌毛结合岩藻糖及甘露糖、大肠杆菌的大肠杆菌的F5(K99)F5(K99)菌毛结合唾液酸和半乳糖。

菌毛结合唾液酸和半乳糖多数黏附素是糖蛋白或脂蛋白多数黏附素是糖蛋白或脂蛋白二、干扰或逃避宿主的防御机制二、干扰或逃避宿主的防御机制 病原菌黏附于细胞或组织表面后，必须克服机体局部病原菌黏附于细胞或组织表面后，必须克服机体局部的防御机制，特别是要干扰或逃避局部的吞噬作用及的防御机制，特别是要干扰或逃避局部的吞噬作用及抗体介导的免疫作用，才能建立感染抗体介导的免疫作用，才能建立感染  1 1、抗吞噬作用、抗吞噬作用 （（1 1））不与吞噬细胞接触不与吞噬细胞接触，如通过外毒素破坏细胞骨，如通过外毒素破坏细胞骨架以抑制吞噬细胞的作用，如链球菌溶血素等架以抑制吞噬细胞的作用，如链球菌溶血素等  （（2 2）抑制吞噬细）抑制吞噬细胞的摄取胞的摄取，如荚膜、，如荚膜、菌毛和链球菌的菌毛和链球菌的M M蛋白（（3 3）在吞噬细胞内生存）在吞噬细胞内生存，如结核杆菌和李氏，如结核杆菌和李氏杆菌均可产生溶血素，有助于其从吞噬泡杆菌均可产生溶血素，有助于其从吞噬泡内逸出巨噬细胞内的结核杆菌巨噬细胞内的结核杆菌 （（4 4）杀死或损伤吞噬细胞）杀死或损伤吞噬细胞，细菌通过分泌外毒，细菌通过分泌外毒素或蛋白酶来破坏吞噬细胞的细胞膜，或诱导素或蛋白酶来破坏吞噬细胞的细胞膜，或诱导细胞凋亡，或直接杀死吞噬细胞。

细胞凋亡，或直接杀死吞噬细胞凋亡细胞凋亡细胞结核杆菌攻击巨噬细胞2 2、抗体液免疫机制、抗体液免疫机制（（1））抗抗原原伪伪装装或或抗抗原原变变异异，，如如金金黄黄色色葡葡萄萄球球菌菌通通过细胞结合性凝固酶结合血纤维蛋白过细胞结合性凝固酶结合血纤维蛋白2 2）分泌蛋白酶降解免疫球蛋白）分泌蛋白酶降解免疫球蛋白，嗜血杆，嗜血杆IgAIgA酶3 3））LPSLPS、、OMPOMP、、荚荚膜膜及及S S层层等等的的作作用用，，逃逃避避补补体体，，抑制抗体产生抑制抗体产生3 3、内化作用、内化作用指指某某些些细细菌菌黏黏附附于于细细胞胞表表面面之之后后，，能能进进入入吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程细细菌菌通通过过这这种种移移位位作作用用进进入入深深层层组组织织，，或或进进入入血血循循环环，，借借以以从从感感染染的的原原发发病病灶灶扩扩散散至至全全身身或或较较远远的的靶靶器器官官宿宿主主细细胞胞为为进进入入其其内内的的细细菌菌提提供供了了一一个个增增殖殖的的小小环环境境和和庇庇护护所所，，使使细细菌菌逃逃避避宿主免疫机制的杀灭宿主免疫机制的杀灭鼠伤寒沙门氏菌的内化过程鼠伤寒沙门氏菌的内化过程4 4、在体内增殖、在体内增殖 细细菌菌在在宿宿主主体体内内增增殖殖是是感感染染的的核核心心问问题题，，增增殖殖速速度度对对致致病病性性极极其其重重要要，，如如果果增增殖殖较较快快，，细细菌菌在在感感染染之之初初就就能能克克服服机机体体防防御御机机制制，，易易在在体体内内生生存存。

反反之之，，则则易被机体清除易被机体清除5 5、在体内扩散、在体内扩散 细菌分泌的蛋白酶称为胞外蛋白酶，它们具细菌分泌的蛋白酶称为胞外蛋白酶，它们具有多种致病作用，例如激活外毒素、灭活血清有多种致病作用，例如激活外毒素、灭活血清中的补体等，有的蛋白酶本身就是外毒素其中的补体等，有的蛋白酶本身就是外毒素其最主要的作用就是损伤基质或细胞膜，增加其最主要的作用就是损伤基质或细胞膜，增加其通透，有利于细菌在体内的扩散性通透，有利于细菌在体内的扩散性 ①①透明质酸酶，透明质酸酶，能分解结缔组织的透明质酸，如能分解结缔组织的透明质酸，如葡萄球菌、链球菌等可产生葡萄球菌、链球菌等可产生②②胶原酶，胶原酶，主要分解结缔组织中的胶原蛋白，见主要分解结缔组织中的胶原蛋白，见之于梭菌、气单胞菌等之于梭菌、气单胞菌等③③神经氨酸酶，神经氨酸酶，主要分解肠黏膜上皮细胞的细胞主要分解肠黏膜上皮细胞的细胞间质，如霍乱弧菌及志贺菌等可产生间质，如霍乱弧菌及志贺菌等可产生④④磷脂酶又名磷脂酶又名““毒素毒素””，，可水解细胞膜的磷脂，可水解细胞膜的磷脂，如产气荚膜梭菌等可产生如产气荚膜梭菌等可产生⑤⑤卵磷脂酶：卵磷脂酶：分解细胞膜的卵磷脂，如产气荚分解细胞膜的卵磷脂，如产气荚膜梭菌产生。

膜梭菌产生⑥⑥激酶：激酶：能将血纤维蛋白溶酶原激活为血纤维能将血纤维蛋白溶酶原激活为血纤维蛋白溶酶包括链球菌产生的链激酶和葡萄蛋白溶酶包括链球菌产生的链激酶和葡萄球菌等产生的激酶，以分解血纤维蛋白，防球菌等产生的激酶，以分解血纤维蛋白，防止形成血凝块止形成血凝块 ⑦ ⑦凝固酶：凝固酶：细菌在体内的扩散也可通过内化作细菌在体内的扩散也可通过内化作用完成特别是细胞结合性凝固酶，可为细菌提用完成特别是细胞结合性凝固酶，可为细菌提供抗原伪装，使之不被吞噬或机体免疫机制所识供抗原伪装，使之不被吞噬或机体免疫机制所识别见于致病性金黄色葡萄球菌见于致病性金黄色葡萄球菌6 6、毒、毒 素素1 1、外毒素、外毒素（（1 1））概概念念：：是是某某些些病病原原菌菌在在生生长长繁繁殖殖过过程程中中所所产产生生的的对对宿宿主主细细胞胞有有毒毒性性的的可可溶溶性性蛋蛋白白质质大大多多数数外外毒毒素素在在菌菌体体内内合合成成后后必必须须分分泌泌于于胞胞外外，，故故名名 ““外外毒毒素素””但但也也有有少少数数外外毒毒素素存存在在于于菌菌体体细细胞胞的的胞胞周周间间隙隙，，只只有有当当菌菌体细胞裂解后才释放至胞外。

体细胞裂解后才释放至胞外  (1) 组成组成 大多数外毒素由大多数外毒素由A、、B 两种亚单位两种亚单位组成，有多种合成和排列形式组成，有多种合成和排列形式AB炭疽毒素炭疽毒素大肠杆菌肠毒素 百日咳毒素白喉毒素霍乱毒素A A亚单位为毒素的活性中心，称活性亚亚单位为毒素的活性中心，称活性亚单位，决定毒素的毒性效应单位，决定毒素的毒性效应B B亚单位称结合单位，能使毒素分子特亚单位称结合单位，能使毒素分子特异性地结合在宿主易感组织的细胞膜受体异性地结合在宿主易感组织的细胞膜受体上，并协助上，并协助A A亚单位穿过细胞膜亚单位穿过细胞膜A A、、B B亚单位单独均无毒性，亚单位单独均无毒性，A A亚单位必亚单位必须在须在B B亚单位的协助下，结合至受体释放亚单位的协助下，结合至受体释放到细胞内，才能发挥毒性作用到细胞内，才能发挥毒性作用(2)(2)特性特性 ①①外毒素的毒性作用极强外毒素的毒性作用极强：如：如lmglmg纯化的肉纯化的肉毒毒素能杀死毒毒素能杀死20002000万只小鼠破伤风毒素万只小鼠破伤风毒素对小鼠的致死剂量，是马钱子碱的对小鼠的致死剂量，是马钱子碱的10106 6倍。

倍②②外毒素的毒性具有高度的特异性：外毒素的毒性具有高度的特异性：不同细不同细菌产生的外毒素，对机体的组织器官有一菌产生的外毒素，对机体的组织器官有一定的选择定的选择突触传递突触传递 肉毒毒素作用于眼肉毒毒素作用于眼神经和咽神经，引神经和咽神经，引起肌肉麻痹起肌肉麻痹西南民族大学破伤风毒素导致骨胳肌兴奋性增强破伤风毒素导致骨胳肌兴奋性增强破伤风毒素通过轴浆逆向运输破伤风毒素通过轴浆逆向运输作用与脊髓前角运动神经元作用与脊髓前角运动神经元病鸭头颈无力，反应迟钝病鸭头颈无力，反应迟钝肉毒毒素中毒肉毒毒素中毒③③外外毒毒素素具具有有良良好好的的免免疫疫原原性性：：可可刺刺激激机机体体产产生生特特异异性性的的抗抗体体，，而而使使机机体体具具有有免免疫疫保保护护作作用用，，这这种种抗抗体体称称为为抗抗毒毒素素( (如如破破伤伤风风抗抗毒毒素素) )，，可可用用于于紧紧急急治治疗疗和和预防④④多多数数外外毒毒素素不不耐耐热热：：一一般般在在6060～～80℃80℃经经l0l0～～80min80min即可失去毒性即可失去毒性 (3) (3)类毒素：外毒素在类毒素：外毒素在0.4%0.4%甲醛溶液作用甲醛溶液作用下可以脱毒，但仍保留原有抗原性。

下可以脱毒，但仍保留原有抗原性类毒类毒素注入机体后，仍可刺激机体产生抗毒素，素注入机体后，仍可刺激机体产生抗毒素，可作为疫苗进行免疫接种，如破伤风类毒可作为疫苗进行免疫接种，如破伤风类毒素疫苗 2 2、内毒素、内毒素 内毒素特指革兰氏阴性菌外膜中的脂内毒素特指革兰氏阴性菌外膜中的脂多糖多糖 (LPS) (LPS)成分，细菌在死亡后破裂或用人工方成分，细菌在死亡后破裂或用人工方法裂解菌体后才释放法裂解菌体后才释放革兰氏阳性菌细胞壁中的革兰氏阳性菌细胞壁中的脂磷壁酸脂磷壁酸 (LTA) (LTA)具有具有LPSLPS的绝大多数活性，但无致的绝大多数活性，但无致热功能螺旋体、衣原体、热功能螺旋体、衣原体、 立克次体亦含有立克次体亦含有LPSLPS(2)(2)特特性性 内内毒毒素素耐耐热热；；不不能能被被甲甲醛醛脱脱毒毒成成类毒素类毒素；内毒素的抗原性较弱内毒素的抗原性较弱3)(3)检测：检测：目前通用鲎试验东方鲎或美洲目前通用鲎试验东方鲎或美洲鲎均是海洋节肢动物，其血液中的有核鲎均是海洋节肢动物，其血液中的有核变形细胞能被内毒素所裂解变形细胞能被内毒素所裂解ⅢⅢ型分泌系统型分泌系统细菌的分泌系统的发现是近年为细菌致病机制细菌的分泌系统的发现是近年为细菌致病机制研究的重要进展，其中的研究的重要进展，其中的ⅢⅢ型分泌系统与动植物型分泌系统与动植物的许多革兰氏阴性病原菌的毒力因子的分泌有关。

的许多革兰氏阴性病原菌的毒力因子的分泌有关在病原菌与宿主细胞接触后，这一系统得以启动，在病原菌与宿主细胞接触后，这一系统得以启动，具有接触介导的特征启动后细菌分泌与毒力有具有接触介导的特征启动后细菌分泌与毒力有关的多种蛋白质，与相应的伴侣蛋白结合，从细关的多种蛋白质，与相应的伴侣蛋白结合，从细菌的胞浆直接进入宿主细胞胞浆，发挥毒性作用菌的胞浆直接进入宿主细胞胞浆，发挥毒性作用ⅢⅢ型分泌系统通常由型分泌系统通常由3030～～40kbp40kbp大小的大小的基因组编码，以毒力岛的形式存在于细菌基因组编码，以毒力岛的形式存在于细菌的大质粒或染色体的大质粒或染色体 除除ⅢⅢ型分泌系统之外，革兰氏阴性菌尚型分泌系统之外，革兰氏阴性菌尚有有I I型、型、ⅡⅡ型与型与ⅣⅣ型分泌系统型分泌系统I I型可将型可将细菌分泌物蛋白质直接从胞浆送达细胞细菌分泌物蛋白质直接从胞浆送达细胞表面如大肠杆菌的溶血素表面如大肠杆菌的溶血素ⅡⅡ型则是细型则是细菌将蛋白质分泌到周质间隙，经切割加菌将蛋白质分泌到周质间隙，经切割加工，然后通过微孔蛋白穿越外膜分泌到工，然后通过微孔蛋白穿越外膜分泌到胞外ⅣⅣ型型是是一一种种自自主主运运输输系系统统，，其其分分泌泌的的蛋蛋白白质质需需切切割割加加工工，，而而后后形形成成一一个个孔孔道道使使自自身身穿穿过过外外膜膜。

如如幽幽门门螺螺杆杆菌菌的的CagACagA分分泌泌系系统统就就是是以以这这种方式将种方式将CaCa蛋白直接注入宿主细胞蛋白直接注入宿主细胞 　　研究发现　　研究发现, ,很多革兰氏阴性致病菌如耶尔森氏菌很多革兰氏阴性致病菌如耶尔森氏菌属、沙门氏菌属、福氏志贺氏菌等都通过属、沙门氏菌属、福氏志贺氏菌等都通过ⅢⅢ型分型分泌系统泌系统( Type Ⅲ secretion system ,TTSS) ( Type Ⅲ secretion system ,TTSS) 专专一性地将蛋白一性地将蛋白( (主要为毒力因子主要为毒力因子) ) 从细菌胞浆注入从细菌胞浆注入到宿主细胞质中到宿主细胞质中, ,从而导致许多疾病这是细菌致从而导致许多疾病这是细菌致病机理研究的一个热点很多科学家们都致力于病机理研究的一个热点很多科学家们都致力于ⅢⅢ型分泌系统的研究型分泌系统的研究, ,希望找出其分泌的奥妙希望找出其分泌的奥妙, ,进进而研制出针对而研制出针对TTSS TTSS 靶点的抗革兰氏阴性致病菌的靶点的抗革兰氏阴性致病菌的新药。