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产气荚膜梭菌冷知识

 

// 首次分离到：

1891年，威廉·H·韦尔奇William H. Welch在对一名38岁男子的尸体解剖过程中分离到，受感染的血管中有气泡。这种特征将后来在一战中英法士兵中出现的气疽症联系起来。

 

//最古老的痕迹：

1991年阿尔卑斯冰川发现的、距今5000年以上的新石器时代“蒂罗尔冰人”奥茨（Ötzi）的木乃伊消化道中，利用高通量测序下一代测序鉴定出产气荚膜梭菌的存在。

 

//首次发表全基因组序列：

首个C. perfringens全基因组序列发布于2002年。该菌株是1939年分离到的引起气性坏疽的菌株，也是首个被测序的G+厌氧致病菌。

 

■ 产气荚膜梭菌是动物和人肠道中的正常菌群，是一种条件致病菌：

 

- 厌氧（非严格厌氧）、革兰氏阳性菌（G+）；

- 菌体呈梭状，两端钝圆；无鞭毛、不运动；可形成荚膜，可形成卵圆形芽孢；

- 生长速度非常快。在最适培养基中的，43℃下的代时为8-12分钟，37℃下12-17分钟。

 

■ 产气荚膜梭菌能产生多种毒力因子（包括毒素和水解酶类），使其能快速生长、耐有氧环境、产生具有细胞毒性的硫化氢气体，引起宿主组织和肠道毒性感染、气性坏疽、肠毒血症等疾病。

 

- 现已鉴定出的毒力因子超过20种（23种），根据其在肠道感染过程中的作用特点，可分为成孔毒素、膜破坏毒素、细胞骨架破坏毒素、紧密连接破坏毒素、黏液水解酶、基质溶解酶、胶原酶。这些毒素和酶类能够单独或协同作用，破坏宿主细胞和组织正常的生理结构功能，危害动物健康。
 

 

- 不同菌株产生的毒力因子种类不同，目前没有发现任何一株菌能产生所有的毒力因子。

 

- 根据其产生的主要致病毒素种类（α、β、ε 、ι、θ、CPE、NetB），可将产气荚膜梭菌分为A~G 7个类型。（注：“次要”毒素并不是指这些毒素的重要性或产生水平“次要”，而是指它们不属于毒素分型体系）



■  据现有养殖行业对产气荚膜梭菌的研究报道中，与鸡肠道疾病有关的主要毒素是α、NetB。

- 所有产气荚膜梭菌都能产生，通过水解细胞膜的磷脂引起细胞坏死。

 

- CPA是一种由370个氨基酸组成的锌金属磷脂酶，在钙离子存在下与宿主细胞膜结合。其结构包括：N-催化结构域、C-膜结合结构域（具有免疫保护作用）、中央环结构域（含有神经节苷脂结合位点）；

 

- CPA的活性受多种因素的影响，如细胞膜中磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC）与鞘磷脂（SM）的比例、局部毒素浓度等；

 

- CPA是引起气性坏疽的必要性毒素，其作用的发挥主要通过影响多种胞内代谢调控途径来实现：

 

①直接水解细胞膜上的PC和SM；

 

②与质膜中的Gi型GTP结合蛋白（G-GTP-BP）作用，激活内源性磷脂酶（PI-PLC）和鞘磷脂酶（SMase）的活性；

 

③CPA中央环区域上的神经节苷脂结合位点与细胞膜上的激活原肌球蛋白受体激酶A（TrkA）相互作用，使PDK1和PKCθ磷酸化，激活MEK/ERK信号传导和NF-κB，形成活性氧（ROS）引起细胞氧化应激、激活细胞凋亡机制，促进IL-8分泌，促进炎症发生。

 

④通过破坏细胞膜上的GM1a脂筏的完整性，阻断外周血中性粒细胞的分化和补充，降低宿主先天性免疫力。

 

⑤激活磷脂酶A2（PLA2）、诱导花生四烯酸（AA）分解代谢，生成前列腺素、白三烯等，引起血管收缩、血小板聚集，减少对感染组织供血，有利于产气荚膜梭菌的增殖。

 

- 编码基因位于接合质粒的致病性位点NELoc1上，由293个氨基酸组成、约33kDa的β-成孔毒素，与β-毒素具有38%类似

 

- NetB毒素研究还相对较少，但与其他 β-PFT毒素一样，通过与宿主细胞膜结合并装配为低聚物、形成跨膜孔，破坏靶细胞的磷脂双分子层，引起钠离子 、氯离子、钙离子等的流入，导致细胞溶解。 

 

- NetB 单体约为0.18nm，包含3个主要结构域，如图示A：①β-sandwich：绿色，与单体寡聚化有关；②stem：黄色，疏水跨膜结构，插入细胞膜；③rim：蓝色，与细胞膜结合，参与毒素渗透进入细胞膜；相较于其他β-PFT，缺失4个氨基酸，推测其在细胞膜上的受体与其他不同。

- 7个NetB单体在细胞膜中聚合成一个直径为1.6–1.8 nm的亲水孔，如图示D：①NetB孔道优先转运阳离子；②胆固醇能促进NetB单体的寡聚化，对成孔发挥着重要作用。