細(xì)菌生物膜對副豬嗜血桿菌致病機制的影響

賀洪

摘要：近年來，隨著養(yǎng)殖模式的轉(zhuǎn)變和免疫抑制病的出現(xiàn)，由副豬嗜血桿菌引起的副豬嗜血桿菌病成為養(yǎng)豬場常見的、多發(fā)的并且危害嚴(yán)重的豬呼吸系統(tǒng)疾病之一。因臨床抗生素的濫用，導(dǎo)致細(xì)菌的耐藥性越來越強，且由細(xì)菌引起的疾病越來越難以控制，以至治療成本也越來越高。副豬嗜血桿菌在豬體內(nèi)具有一定的耐藥性和慢性感染的能力，其中，細(xì)菌生物膜的存在增強了該菌的致病性和耐藥性[1]。

關(guān)鍵詞：副豬嗜血桿菌;生物胰;致病機制

副豬嗜血桿菌病，又稱革拉瑟氏?。?Glasser's disease），是由副豬嗜血桿菌（H.parasuis）引起豬的纖維素性多發(fā)性漿膜炎、關(guān)節(jié)炎和腦膜炎為特征的豬呼吸系統(tǒng)性疾病。生物膜（BF）的存在增強了H.parasuis在臨床上的致病性。細(xì)菌生物膜（BBF）是細(xì)菌為適應(yīng)自然環(huán)境，形成的一個以多糖、蛋白質(zhì)和核酸為基質(zhì)包裹的有組織的菌落，不可逆地附著于載體表面，具有極強的免疫逃避性和耐藥性。目前對H.parasuis BF形成的相關(guān)基因和功能研究尚未完全清楚，可能與細(xì)菌的密度感應(yīng)信號基因、莢膜和鞭毛基因有關(guān)[2-3]。文章綜述分析了BBF的形成和特點以及對H.parasuis致病機制的影響，以期為疾病的控制提供參考。

1BBF的形成

BBF的形成是一個動態(tài)的高度依賴于環(huán)境信號的過程，主要包括：細(xì)菌的黏附、細(xì)胞與細(xì)胞之間的吸附與增殖、生物膜的成熟以及脫離等[4]，其生長速度還受基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控[1]。首先游離菌接受環(huán)境中的營養(yǎng)信號，識別并緊密黏附在固體表面，該過程需通過活躍的菌毛、鞭毛和表面特定的黏附素蛋白使其黏附固定于宿主細(xì)胞表面。這是細(xì)菌從游離菌到生物膜形成的關(guān)鍵階段。黏附一旦發(fā)生后，細(xì)菌才能大量的增殖和分泌大量胞外多糖。產(chǎn)生的胞外多糖可與基底結(jié)合，使其黏附得更加牢固且不可逆，同時還可避免新增殖的細(xì)菌被流體帶走。隨著大量微菌落的形成與變厚，細(xì)菌生物膜逐漸趨于成熟。當(dāng)生物膜聚集和成熟后，一小群細(xì)胞又可從成熟的生物膜中脫離出來，隨流體傳播到相對較遠(yuǎn)的地方且釋放出游離細(xì)菌，可進(jìn)一步的繁殖和遷移，從而形成新的生物膜。因此，生物膜的脫離對于細(xì)菌的感染具有重要的功能。目前，對副豬嗜血桿菌生物膜的形成過程尚未完全清晰，主要集中在信號通路相關(guān)基因?qū)τ谏锬ば纬傻挠绊懛矫娴难芯?，特別是密度感應(yīng)系統(tǒng)、鞭毛和莢膜等。此外，毒力因子（如神經(jīng)氨酸酶）的產(chǎn)生也能促進(jìn)生物膜的形成[5]。

2BBF的結(jié)構(gòu)特點

BBF最大的特點是BF結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性[6]，即膜內(nèi)細(xì)菌密度非常大，不同部位的細(xì)菌展現(xiàn)出不同的基因表達(dá)模式，發(fā)揮著不同的功能。這是一種環(huán)境適應(yīng)機制[7]，也是一種獲得性的變異[8]。盡管BF的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具一定的特異性，但都具有一些普遍的結(jié)構(gòu)特性，其包繞形成的基質(zhì)主要由細(xì)菌分泌的各種胞外多糖、胞外蛋白質(zhì)以及胞外DNA等組成。BBF膜外基質(zhì)中具有多種通道的特點，其中具有非常豐富且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水通道，可便于膜內(nèi)部的細(xì)菌輸送營養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝廢物，這將大大提高胰內(nèi)細(xì)菌的存活能力[4]。而成熟的生物膜不僅可以幫助細(xì)菌逃避機體先天性免疫和適應(yīng)性的免疫系統(tǒng)，還可阻止抗菌藥物的進(jìn)入，進(jìn)而為細(xì)菌提供了有利的生存環(huán)境[9]。

3H.parasuis的致病機理

細(xì)菌的致病機制是一個極其復(fù)雜的過程，需各方面多個因子共同調(diào)節(jié)參與突破宿主的免疫屏障，使致病菌感染宿主并造成疾病的發(fā)生。H.parasuis的致病機理一般有以下步驟：侵入宿主一逃避宿主的防御一細(xì)菌增殖一引起組織或器官損傷。具體過程為：細(xì)菌黏附和侵襲黏膜上皮細(xì)胞;進(jìn)入宿主體內(nèi)后逃避宿主的防御反應(yīng)抵抗巨噬細(xì)胞的吞噬作用和血清補體系統(tǒng)的非特異性殺菌作甩在宿主體內(nèi)增殖并對宿主的組織或器官造成損傷。H.parasuis對宿主的致病性是由該菌的各個毒力因子和相關(guān)毒力因子的免疫原性激發(fā)機體免疫機制引起的[10]?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)該病原菌可能的毒力相關(guān)因子有：莢膜、菌毛、脂多糖、外膜蛋白及酶類等。

4BBF對H.parasuis致病機制的影響

4.1免疫逃避作用

BBF對于機體來說是異物，可刺激機體產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，產(chǎn)生的抗體卻無法有效的清除膜內(nèi)的細(xì)菌?？贵w與可溶性抗原結(jié)合后可形成抗原一抗體免疫復(fù)合物，沉積在感染病灶周圍，吸引大量的炎癥細(xì)胞趨化，吞噬細(xì)胞雖能釋放各種裂解酶和炎性因子，但無法對BBF發(fā)生吞噬作用或吞噬效率非常低下，從而引起宿主嚴(yán)重的免疫損害[11]。H.parasuis包裹于膜內(nèi)使其毒力降低，但膜內(nèi)菌可從BF中游離出來，感染臨近組織造成急性感染。莢膜是BBF形成的重要因素，而莢胰還可模擬宿主體內(nèi)的成分以逃避免疫識別[12]。因此，封鎖于膜內(nèi)的H.parasuis可以逃避宿主免疫系統(tǒng)的清除。

4.2對抗菌素的耐藥性

由于BF細(xì)菌與浮游菌有所不同，其耐藥性也不一樣，這與BF的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。BF包裹的膜內(nèi)微環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致膜內(nèi)細(xì)菌的生長特性也隨之改變。膜內(nèi)深處的細(xì)菌處于厭氧環(huán)境，其生長處于停滯狀態(tài)。目前大多數(shù)的抗菌藥物是針對生長期的需氧菌，而對于膜內(nèi)停滯期的厭氧菌作用不明顯[6]。隨著胰內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的耗盡，其酸性代謝產(chǎn)物會在局部積聚，導(dǎo)致膜內(nèi)的酸堿度和滲透壓發(fā)生改變，這些因素的改變都將可能增強膜內(nèi)菌對抗菌素的耐藥性[6，13]。BF產(chǎn)生的胞外多糖可將細(xì)菌包裹形成一道天然屏障，可有效阻止一些抗生素進(jìn)入，以削弱抗菌素對胞內(nèi)菌的殺傷作用[1，14]。但BBF的屏障作用并不是BF耐藥的主要機制，需由多個機制相互參與從而產(chǎn)生耐藥性。

4.3利于菌株定植

H.parasuis的主要毒力因子是菌毛、鞭毛、莢膜、多糖、外膜蛋白及酶類等，其中多糖又可分為脂多糖和莢膜多糖等，均存在于BF基質(zhì)中。黏附和侵入黏膜上皮細(xì)胞是H.parasuis引起感染的最關(guān)鍵的一步。BF的產(chǎn)生有助于菌株在黏膜上皮細(xì)胞的定植，甚至改變細(xì)菌的黏附能力，但對系統(tǒng)性入侵的H.parasuis而言卻并非必要的。強毒力的菌株在體外還能夠更有效的產(chǎn)生BF。因此，BBF的形成有利于H.parasuis在宿主內(nèi)定植并致病。

5小結(jié)

細(xì)菌生物膜對H.parasuis致病性的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①BF中的多糖基質(zhì)可將細(xì)菌包裹起來，避免機體免疫系統(tǒng)的免疫清除，使得宿主所產(chǎn)生的特異性抗體及吞噬細(xì)胞等對細(xì)菌的攻擊難以奏效，這將影響機體的免疫功能而使其致病。②抗菌素對BBF有一定的影響，但膜內(nèi)的細(xì)菌卻不易被抗菌素完全殺滅，一旦藥物停用后，膜內(nèi)幸存的耐藥菌株可迅速重新生成BF引起宿主致病。因此，BBF不僅是細(xì)菌存在于自然界的一種重要的生存方式，而且還是細(xì)菌重要耐藥機制和對抗動物體內(nèi)的免疫清除作用的重要原因之一，這對動物的健康造成很大的危害。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬艷平，劉永生，張杰副豬嗜血桿菌生物被膜形成與功能的研究進(jìn)展

[J]江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（03）：244-246

[2]丁玲強副豬嗜血桿菌arcA基因調(diào)控功能的研究[D].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)2017

[3]馬艷平副豬嗜血桿菌生物被膜形成相關(guān)基因luxS和pilA的克隆和功能鑒定[D].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2010

[4]唐俊妮，史賢明，王紅寧，等細(xì)菌生物膜的形成與調(diào)控機制[J].生物學(xué)雜志，2009，26（02）：48-50+53.

[5]李在建，王旭，龍良啟，等.副豬嗜血桿菌神經(jīng)氨酸酶序列分析及可溶性表達(dá)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（06）：40-42.

[6]屈常林，高洪，趙寶洪，等細(xì)菌生物被膜與抗生素耐藥機制研究進(jìn)展[J]動物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2008（03）：86-90

[7]鄧波細(xì)菌生物膜研究進(jìn)展[J]抗生素的合理利用，2015（11）：8

[8]Leah R. Johnson. Microcolony and biofilm formation as a survivalstrategy for bacteria[J]. Journal of Theoretical Biology，2008，251（1）.

[9]王國旗，唐佩福細(xì)菌生物膜特征及治療的研究進(jìn)展[J]解放軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2018，39（02）：168-171

[10]張艷禾，李婷，謝芳，等.副豬嗜血桿菌相關(guān)毒力因子的研究進(jìn)展[J]中國預(yù)防獸醫(yī)學(xué)報，2016，38（10）：835-838

[11]蘇莉，王慧，病原體感染及其免疫逃逸機制研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通訊，2016，27（04）：582-585.

[12]周琪，賀現(xiàn)輝，陽巧梅，等副豬嗜血桿菌SC096株莢膜多糖抗豬肺泡巨噬細(xì)胞吞噬能力的研究[J]畜牧獸醫(yī)學(xué)報，2016，47（06）：1232-1238

[13]賈寧，徐志凱細(xì)菌生物被膜對抗生素耐藥機制的研究進(jìn)展[J].微生物學(xué)通報，2006（01）：184-186

[14]黃偉，李旭廷，劉興福細(xì)菌生物膜與細(xì)菌耐藥性研究進(jìn)展[J].畜牧與飼料科學(xué)，2012，33（08）：81-83