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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2012年第4期
宿主特异性差异导致沙门氏菌在猪体内定植
对特定基因要求的不同
胡健 译
自 1885 年 Salmon 等分离得到猪霍乱沙门氏菌
以来，目前已检出沙门氏菌血清型 2 500 余种。沙
门氏菌 (salmonella) 属的成员可感染多种动物和人，
大部分具有很强的致病性。其中许多血清型菌能在
人和动物之间交叉感染。目前，人们利用全身性疾
病小鼠模型对沙门氏菌的致病性做了大量的研究。
常用的小鼠模型与体外细胞培养分析相结合，这一
方法已经在研究肠道沙门氏菌，尤其是鼠伤寒血清
型肠道沙门菌致病机理中发挥了及其重要的作用。
研究显示，鼠伤寒沙门氏菌致病需要一套复杂的毒
性基因，包括由沙门氏菌毒力岛（SPI）编码的基因
产物。例如，少量 SPI-1 基因产物是细菌侵袭胃肠
道上皮细胞所必需的，而全身性感染和细菌在细胞
内存活则需要 SPI-2 基因产物。尽管鼠伤寒沙门氏
菌在天然宿主中所致败血症发病机理已有报道，但
大多数血清型沙门氏菌（包括鼠伤寒血清型）在食
用性动物中通常仅限于定植在胃肠道。而且，猪是
广寄主血清型沙门氏菌（如鼠伤寒血清型和德尔卑
血清型）典型的无症状携带者。沙门氏菌在携带者
猪体内与之形成这种类似共生的状态，这在猪肉产
品收集和加工过程中，为沙门氏菌污染提供了重要
的聚集场所，对消费者来说也是食源性疾病发生的
一个来源。不仅沙门氏菌污染的肉类是人们关注的
一个问题，而且用于补充土壤肥力（肥料）的动物
粪便也因沙门氏菌的污染成为田间灌溉水源和河流
的潜在污染因素。同时也是即食性作物的潜在污染
源。对抗猪（及其他食用性动物）体内沙门氏菌的
干预技术将会有助于保证在从田间到餐桌这一流程
中食品的安全供应。鼠科全身性疾病模型的研究与
猪宿主相比，显示出沙门氏菌在毒性机理、病原体
定植和疾病易感性方面存在差异。此外，一项在猪、
牛和家禽中所作的沙门氏菌信号标签诱变筛选的比
较研究表明，个别沙门氏菌基因在宿主定植过程中
需要发生一些变异。本综述将重点介绍，猪体内沙
门氏菌致病过程所需的遗传机制中，与其他动物模
型及天然宿主之间最新发现的几个方面的差异。
1 猪宿主与鼠类模型之间沙门氏菌突变体毒
力表型的差异
鼠类模型已经让人们对沙门氏菌致病机理有了
广泛的认识。许多沙门氏菌基因的功能和要求在沙
门氏菌的鼠类模型和其他宿主之间十分相似。然而，
鼠类模型中所做的鼠伤寒沙门菌减毒突变株可作为
疫苗的候选减毒株，但在天然宿主猪体内却无法得
到。以下是影响沙门氏菌致病机制的几个途径。
1.1 通过含铁肠毒素和沙门氏菌毒素的铁吸收
途径
铁是细菌生长所必需的元素，但是浓度过高时
对细菌就表现出毒性。因此，铁的吸收受到细菌细
胞的严格控制。铁的利用率在许多哺乳动物体内都
是受到限制的。宿主对铁的潴留和细菌病原体对铁
的清除之间存在复杂的相互作用。哺乳动物宿主利
用铁结合蛋白如转铁蛋白来潴留铁离子，而细菌则
利用嗜铁素作为螯合剂去结合铁。Andrews等 （2003）
研究指出，鼠伤寒沙门氏菌能够产生苯酚盐嗜铁
素和肠毒素，这些物质与铁具有很高的亲和力。然
而，哺乳动物宿主合成的脂钙蛋白-2 却又能够潴
留肠毒素，由此限制了参与细菌铁吸收的嗜铁素功
能。fepA、ironN 和 cirA 基因编码外膜蛋白 DepA、
IronN 和 CirA，这些蛋白分别参与嗜铁肠毒素、沙
门氏菌毒素及其分解产物穿过细菌外膜的运输过程。
Williams 等（2006）指出，在病原体攻击性下，沙
门氏菌的一个 fepA iron cirA 突变株对野生型鼠伤
寒沙门氏菌的进攻具有显著保护性作用，这也显示
出其可作为潜在的疫苗候选株的条件。Raffatellu 等
（2009）在研究经链霉素预处理的 C57BL/6 小鼠中发
现，沙门氏菌诱导型肠炎可促进脂钙蛋白-2 在肠腔
中积累，这也显示出沙门氏菌毒素对沙门氏菌在小
2012年第4期 187胡健译 ：宿主特异性差异导致沙门氏菌在猪体内定植对特定基因要求的不同
鼠中的毒力极其重要。有报道称，与野生型鼠伤寒
沙门氏菌相比，一个鼠伤寒沙门氏菌 iroN 突变株（沙
门氏菌毒素运输缺陷）降低了其在经链霉素预处理
的 C57BL/6 小鼠大肠中的竞争适合度，这就证实了
沙门氏菌毒素在沙门氏菌致病机理中有着重要作用
这一说法。在体外研究中发现，在生长培养基中脂
钙蛋白-2 包涵体可抑制鼠伤寒沙门氏菌 iroN 突变株
的生长 ；但是，此脂钙蛋白-2 介导的 iroN 突变株生
长抑制作用可被嗜铁铁草胺菌素 B 缓解。
1.2 QseBC双成分系统
Laub 等（2007）指出细菌可以通过其体内的双
成分系统来感受环境信号，并将这些信号整合后再
调节基因表达或酶活性。典型的双成分系统特点在
于，传感器激酶位于细菌内膜，可检测到环境信号
和细胞质应答调节子，然后调节基因表达。对于鼠
伤寒沙门氏菌的 QseBC（PreAB）双成分系统来说，
QseC 就是膜传感器激酶，而细胞质应答调节子为
QseB。有关 QseBC 双成分系统的研究证实，与野生
型鼠伤寒沙门氏菌相比，当突变株与野生型菌株以
1 1 比例共同接种于猪体内时，qseC 突变株在猪胃
肠道中定植的竞争适合度降低了。而且，与野生型
鼠伤寒沙门氏菌相比，在接种后的第 2、3、5 和 7 天，
qseC 突变株而非 qseBC 突变株的猪粪便排出率显著
下降。qseC 和 qseBC 突变株的猪粪便排出率表型与
这两个突变株体外运动性表型相平行 ：与 qseBC 突
变株和野生型鼠伤寒沙门氏菌相比，qseC 突变株的
的细菌运动能力减弱 。而 Merighi 等（2009）指出
了在鼠科模型中观察到了完全相反的结果 ：当与野
生型鼠伤寒沙门氏菌共接种时，在 qseC（preB）突
变株中并未观察到 BALB/c 小鼠肝脏和脾脏定植的竞
争缺陷。但是，QseBC（PreAB）突变株在 BALB/c
小鼠中确实表现出竞争缺陷。此外，与野生型鼠伤
寒沙门氏菌相比，当单独接种 qseBC（preAB）突变
株时小鼠运动出现连续两天迟缓现象。综上所述，
这些数据提示，QseBC 双成分系统的优化调控在猪
胃肠道定植与小鼠全身性疾病之间存在差异。
1.3 ShdA纤连蛋白结合蛋白
在鼠伤寒沙门氏菌染色体的中心粒 54 处存在一
个长 25 kb 的遗传岛，被称之为 CS54 岛。shdA 位
于 CS54 岛基因簇内部，编码蛋白为纤连蛋白结合
蛋白 ShdA。尽管在接种小鼠时，鼠伤寒沙门氏菌中
shdA 基因的破坏并未减弱其在 BALB/c 小鼠中的毒
力，但与 aroA 母本菌株相比，用 shdA aroA 突变株
接种时鼠伤寒沙门氏菌从小鼠中通过粪便排出的时
间显著缩短。与野生型鼠伤寒沙门氏菌相比，shdA
突变株的粪便排出率显著降低，这在接种后 21-42 d
的 CBA/J 小鼠中同样有报道（Kingsley 等，2003）。
而且，在 BALB/c 小鼠中所作的竞争适合度试验中
证实，与野生型鼠伤寒沙门氏菌相比，从盲肠到集
合淋巴小结，shdA 突变株的回收率显著降低（50-100
倍）。因此，shdA 对与鼠伤寒沙门氏菌在小鼠胃肠
道内长期定植和持续生存非常重要。与野生型菌株
相比，Boyen 等（2006）发现，在经过鼠伤寒沙门
氏菌 shdA 突变株接种的猪体内，shdA 突变株的粪
便排出率在接种后第 1 天和第 2 天显著升高。与这
些排出率数据一致，猪接种鼠伤寒沙门氏菌 shdA 菌
种后腹泻明显增加。继沙门氏菌从 shdA 接种猪体内
排出率开始增高之后，在用该突变株和野生型鼠伤
寒沙门氏菌株接种后的第 8 天和第 28 天之间，未观
察到排出率有显著变化。因而，ShdA 对鼠伤寒沙门
氏菌在小鼠胃肠道的持续生存非常重要，但是该基
因产物似乎并非是其在猪胃肠道定植所必需的。
1.4 沙门氏菌毒力岛-2
Hensel 等（1998）就指出，鼠伤寒沙门氏菌为
兼性细胞内病原体，位于沙门氏菌毒力岛-2 的基
因（SPI-2）是导致小鼠全身性疾病所必需的。SPI-2
特异性地促进细菌在宿主细胞内含沙门氏菌的囊泡
（SCV）中存活。由于鼠伤寒沙门氏菌在猪体内定植
主要发生在胃肠道，所有对 SPI-2 基因的要求可能
在猪胃肠道定植和小鼠全身性疾病之间会存在差异。
SPI-2 编码的 ssrAB 双成分系统是在 BALB/c 小鼠
体内引起全身性疾病和对诱导 SPI-2 基因表达的环
境信号作出应答所必需的。当 Boyen 等（2008）将
ssrAB 突变株通过口服接种到猪体内时，该突变株能
够定植在猪胃肠道，而且以与野生型鼠伤寒沙门氏
菌相似的水平从粪便排出。然而，通过静脉注射途
径接种到猪体内后，与野生型鼠伤寒沙门氏菌相比，
ssrAB 突变株的竞争适合度在多个器官中显著降低。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第4期188
该结果表明，尽管 ssrAB 双成分系统对引起猪全身
性疾病很重要，但此调控系统并非在胃肠道长期连
续存活所必需。此外，Brumme 等（2007）证实，与
野生型鼠伤寒沙门氏菌相比，SPI-2 基因 sseD 突变
使得猪沙门氏病的多个临床症状消失。但是，与野
生型菌株相比该 sseD 突变株的定植率在特定组织中
显著增高。
2 猪、牛和家禽之间信号标签诱变结果的
比较
迄今为止，Carnell 等（2007）已经利用信号标
签诱变（STM）对介导猪体内定植和毒力的鼠伤寒
沙门氏菌基因进行了细致深入的筛选。研究发现，
在 95 个突变株组成的数据库中，鼠伤寒沙门氏菌的
1 045 个信号标签突变体通过口服途径被接种到猪体
内，并从回肠末端回收细菌。最初流入库和回收出
库的结果比较表明，与流入库的数据相比，来自原
始突变体库的 95 个基因在流出库时数目减少。有趣
的是，Morgan 等（2004）所做研究表明，鼠伤寒沙
门氏菌信号标签突变体库之前已经在小牛和鸡中做
了筛选。比较这两项 STM 研究所列出的基因发现，
在所有 3 个试验动物种类中，大约 27 个基因的突变
均可导致在流出库中丰度降低。在猪体内，大约 29
个基因在流出库中丰度降低，而在小牛或鸡中则并
非如此。比较这些 STM 研究得知，可能存在一套核
心基因，该套基因参与鼠伤寒沙门氏菌在多个动物
物种中定植，但是某些特定的沙门氏菌基因可能决
定了宿主特异性定植机制。
3 结论
从沙门氏菌致病机理方向进行研究探索是开发
对抗沙门氏菌靶点干预技术的重中之重。由于大多
数沙门氏菌致病性研究是在小鼠模型中进行的，大
多数可能的阻止沙门氏菌定植的干预技术以及在沙
门氏菌在食用性动物中引起的疾病均源自对鼠类的
研究。实际上，几个现有的在食用性动物中使用的
沙门氏菌疫苗，最初也是来源于对小鼠模型的研究。
然而，综合分析这些研究数据就会发现，与小鼠全
身性疾病有关的鼠伤寒沙门氏菌的遗传元件是有差
异的，而且参与沙门氏菌在家畜如猪体内胃肠道定
植（有或无肠道疾病）的基因也同样如此。因此，
当我们继续寻求食品安全解决途径时，在全身性疾
病模型中所作的病原体减毒研究将会对研究潜在疫
苗策略具有初始指导意义，但是，为了验证干预技
术对提高食品安全性的效果，在天然宿主（如猪）
体内对沙门氏菌胃肠道定植和引起肠道疾病进行评
价是必需要做的工作。
参考文献 30 篇略
译自《Veterinary Microbiology》，2011，150：215-219；译者单位：
南京农业大学动物科技学院 .