全 文 ：盆物技术通报
练 述 与 专 论 召石口2百曰阴以址口 G Y B U L L E 刀rN 2 O( 为 年 增 刊
致病性弧菌主要毒力相关因子的研究进展
王洪月 ,2 衰野 2 周群兰 朱健 崔玉东3 王秀利
( 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 ,无锡 21 40 81 ;2大连水产学院生命科学与技术学院 ,大连 1 60 23 ; 黑龙江八一农垦大学生
命科学技术学院,大庆 16331 9)
摘 要: 弧菌(功brio )是一种革兰氏阴性短杆菌,其广泛分布于自然界 ,以水中最多弧菌是引起人类 水生动物细菌性疾
病的重要病原之一弧菌的致病性与各个毒力基因的协同作用密切相关弧菌的毒力因子主要可分为粘附紊 内毒素 外毒素
等本丈主要对致病性较强的毒力因子粘附素和外毒素进行阐述,以期为弧菌致病机理的研究及弧菌病的防治提供参考和借
鉴
关扭词: 弧菌 弧菌病 毒力相关因子 研究进展
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弧菌广泛分布于近海及河 口的海洋环境 ,已经
证明有许多种弧菌是鱼类的重要条件性致病菌 其
中尤以霍乱弧菌 (Vi brio ch ol erae ) 副溶血性弧菌
(V ibri o parah aem olyt ieus) 创伤弧菌 (v ibri vul nifi-
eus) 哈维氏弧菌 (Vibri o harv eyi) 拟态弧菌 (V ibrio
m im ieus )费氏弧菌(V ib找 0 fiseheri) 溶藻弧菌(Vib-
rio al gi nolyt ieus) 鳗弧菌 (V ibri o an , ilaru m )等最为
重要 弧菌病是由弧菌属细菌所引起 ,是世界各国
水产养殖动物中普遍流行 危害最大的细菌性疾病
之一 其在海淡水鱼类 野生和养殖鱼都可以发病 ,
同时 ,弧菌还是引起虾 贝类等发生爆发性细菌病
的最常见的病原之一 弧菌的致病性取决于弧菌与
宿主细胞间的相互作用 ,致病过程包括粘附 侵袭
体内增殖及产生毒素等过程[1] 通过在侵袭和增殖
过程中对机体造成的细胞和组织损伤及其代谢物
(毒素)干扰和破坏机体的局部或全身的正常新陈代
谢或机能而致病 这些过程都与弧菌产生的各种毒
力因子有关 , 这些毒力因子分别行使不同的功能 ,
收稿 日期 :2侧为一02 一26
基金项 目:农业部水生动物遗传育种和养殖生物学重点开放实验室开放课题(B M Z(X) 7一09 ),大连市科技计划项 目(Zo 7B llN C 06 9 )和
黑龙江农垦总局课题 (H N K 心V一08 一12a )
作者简介:王洪月(19 83一),女 ,在读硕士生 ,研究方向:水产动物遗传育种
通讯作者:王秀利 (l 964 一),男 ,博士 ,教授 ,研究方向:水产动物基因工程,E 一画 卜石ul iw 助94 17娥 ina .co m
性物技术通橄 B白te chno 城盯 2仪为 年 增 刊
共同协作形成一套复杂的致病机制
1 主要毒力相关因子
1.1 粘附素
粘附素是指存在细菌表面能使细菌粘附到宿主
靶细胞的一些特殊结构和相关蛋白 粘附是病原菌
接触和感染细胞的第一步 ,与致病性密切相关 粘
附素又包括菌毛和非菌毛粘附物质(如鞭毛 外膜
蛋白和血凝素等)12 ,其中以菌毛的粘附作用最为明
显 , 目前被人们所关注的是毒素共调菌毛 (TC P ) ,
这种菌毛的致病性很强 ,它是病原弧菌致病过程中
的重要粘附素 , 具有组织细胞粘附性和血凝性 ,并
通过激活或上调其他毒力基因的表达参与细菌的
致病过程13
1.1.1 毒素共调菌毛 (TCP ) 霍乱弧菌表面的一
种特殊菌毛的主要亚单位(Tc 琳 )的表达与霍乱毒
素 (cho le ra to xi n, CT )的表达协同进行 ,故命名为毒
素共调菌毛 (toxin eore gul ated pilus ,TC p )[,lTC p 的
主要亚单位 tcP A 基因编码调控 , 但其装配和功能
的发挥还需要染色体上其它基因的参与 ,所有这些
基因构成了 te p 基因簇 Tc p 基因簇中包含 巧 个基
因 (Tc pl p H A B N Q C R D S T E F 和 J),
其 中 12 个为结构基因 (Tc pA B N Q e R n s
T E F 和 J),3 个调控基因 Tc pH Tc pP 和 Tc pl位 于
结构基因上游 ,这些基因在染色体上组成一个完整
的操纵子结构 (Tc p卜P一H一A 一B一Q 一C一R一D 一S一T-
E一F一J一G) I2, 41 这种毒素基因是受一种连级调控系
统控制的 , 包扩 肠xR To xS 和 To xT 等 To xR 是跨
膜 DN A 结合蛋白 , 为 To xT 基目转录所必需 ;肠笼T
是转录激活子 Ao C 家族成员之一 肠xR 在 肠笼S
的协调作用下 , 识别 肠xT 启动子 ;肠xT 进一步直
接作用于毒力墓因
Tc p 是霍乱弧菌和拟态弧菌的重要枯附素之
一 ,具有组织细胞粘附性和血凝性 胡守奎等17 以
H EP一2 细胞为细胞模型 ,以河蟹肠管为组织模型 ,
测定了拟态弧菌 Tc p 猫附特性 ,结果显示 ,拟态弧
菌 Tc p 具有较强的组织细胞猫附特性 有关病原弧
菌 Tc p 的致病性已通过动物试验得到证实 Sh ~ a
等将通过大肠杆菌构建的 TC P 基因导人 TC P一霍
乱弧菌 0 17 后, 用乳鼠模型测定产物表达情况 ,结
果显示重组菌的毒力较 Tc P一菌株高 70 倍 说明
TC P 是一种重要毒力基因,通过介导细菌粘附组织
细胞和协同毒素基因的表达参与细菌的致病过程
181
1.1.2 非菌毛粘附物质 鞭毛是细菌的运动器官 ,
分为基体 鞭毛钩和鞭毛丝三部分 许多细菌的鞭
毛是重要的毒力决定因子,鞭毛提供的动力不仅是
细菌侵人细胞的重要因素还可以作为猫附素决定
细菌在细胞表面的吸附以及其后的侵袭和定居过
程 弧菌的鞭毛是感染鱼类的毒力细胞器 ,鞭毛的
纤丝是由多种蛋白组成的 ,不同种类的弧菌所含有
的蛋白不同 ,但也都具有一定的联系性 ,如鳗弧菌
的 5 种极生鞭毛蛋 白基因 n aA B C D E 与副溶
弧菌的 4 个极生鞭毛蛋白的基因的位置是非常相
似的 ,其中 R aA R aD 和 Fl aE 是与毒力相关的19
外膜蛋白不仅与粘附作用有关而且与菌株的
毒力也有密切关系 外膜蛋白与宿主细胞膜受体的
糖残基发生反应 , 从而使细菌附着在宿主细胞上 ;
还能与细菌的脂多糖结合成复合物 ,与细菌的自凝
及粘附有关 ;还有助于细菌通过防御屏障 ,从而逃
避宿主细胞的免疫防御 如溶藻弧菌的外膜蛋白就
在宿主免疫反应期间起到很重要的作用
细菌的血凝试验是一种特殊类型的粘附试验 ,
其实质是病原菌表面的血凝素与红细胞表面的血
凝素受体间的结合 某些致病菌能与多种动物红细
胞发生凝集 ,这种凝集有时与细菌的粘附能力有一
定的相关性 Cho w dh 呵 等曾经发现霍乱弧菌 E一3
株有 4 种不同的血凝素 10 ,从生化和免疫学角度证
实仅凝集兔红细胞的血凝素为其内毒素 (L玲),被
称为 R一H A , 其血凝活性与亲水性的多糖链有关 ,
而与类脂 A 无关 血凝素能凝集鸡 兔 和豚鼠红
细胞的分子t 为 39 KD 的外膜白(O M 邢 ) ,被称为
C一H A 不同弧菌中含有的血凝素是不同的 ,弧菌凝
集素是一种肠道毒素因子 ,但它的细胞表面受体还
未确定
1.2 外毒素
外毒素(ex ot ox in )是细菌在生长过程中由细胞
内分泌到细胞外的毒性物质 弧菌主要是通过各种
钻附素共同作用牢牢固着在宿主细胞上 , 进行生
长繁殖并合成 分泌胞外毒力因子 外毒素是弧菌
的重要的毒力因子.有胞外酶 肠毒素 溶血素和铁
2兀旧 年增 刊 王洪月等 :致病性弧菌主要毒力相关因子的研究进展
载体等
1.2.1 胞外酶 许多学者研究发现弧菌可分泌多
种蛋白酶 ,如明胶蛋白酶 酪蛋白酶 金属蛋白酶
卵磷脂酶 超氧化歧化酶等 这些胞外的蛋白酶对
于细菌吸收营养物质 吸附和侵人机体 ,并在宿主
体内扩散 繁殖以及抵抗免疫因子的免疫作用等具
有极为重要的作用 ,从而被称为决定细菌毒力的重
要因素之一 Ina m ura 等人(19 85) 分离到的蛋白酶分
子量 36kD a 可使小鼠和金鱼死亡 Ki m oto 等从副溶
血弧菌 拟态弧菌和创伤弧菌基因文库获取得 Fur
基因克隆 ,其阅读框架分别编码 202 20 5 和 202 个
氨基酸的蛋白 ,由此推导的氨基酸序列与细菌锰型
超氧化物歧化酶 (M nSO D )具有较高的同源性 弧菌
在低铁的培养基内产生超氧化物歧化酶 ,过氧化氢
和氛化钾不能抑制其活性 一些学者通过试验得
出 ,培养基内的铁的含量对弧菌长氧化物歧化酶产
生有较大影响 这些毒性酶还可以破坏机体血淋巴
血系统的酶活性 ;破坏血细胞 ,影响其功能发挥 ,并
导致溶血现象的发生 ;破坏血清的免疫功能等[l1j
1.2. 2 肠毒素 不同种弧菌中存在的肠毒素是不
同的 ,如拟态弧菌肠毒素有不耐热性肠毒素(CT 样
毒素)耐热性肠毒素(ST ) 副霍乱毒素(ac ce s ory
ehol era ent ertoxin, AC E) 和 ZOT 毒素 (2曲记a oc elu-
ds no to xi n, ZoT ) 四种 lz , 虽然它们的生物学特性
不完全相同, 但具有相同的致病性 , 均能引起小肠
内肠液聚集 霍乱弧菌也产生 3 种肠毒素 ,霍乱毒
素 (c ho lera tox in ,CT) 是霍乱弧菌流行株产生的毒
素,是霍乱弧菌最主要的致病因子 CT 毒素由一个
或几个拷贝 etxA B 基因编码而成 ,其 A B 两个亚单
位由 2 个独立且又相互交叉的 OR F 来调控 霍乱
弧菌还能产生一种 Zo t (zonul a oeeludens toxin) 毒
素,影响细胞间的紧密连接结构或键桥,增加小肠粘
膜的通透性 Zo t 基因包含一个 n 3kb 的 O RF ,位
于 c饮A 基因的上游且与 c饮A 基因紧密相临 , 编码
一个 4 18 kDa 的多肤 13 第 3 种毒素被称为辅助霍
乱肠毒素 (ac ce sso ry cho le ra tox in ,A ce ) ,在肠畔结扎
实验中可以诱导液体分泌 4] 这些毒素都是造成相
应弧菌病的毒力因子
1.2. 3 溶血素 溶血素 (he m ol ys in) 是一种可使红
血球细胞溶解的毒素 这种基因是鱼类感染弧菌病
的重要毒力决定簇 ,会引起宿主的溶血性败血症和
肠炎 ,其中哈维氏弧菌的溶血素被认为是蛙鱼的致
病因子115] 不同弧菌中溶血素基因之间是有一定的
相似性的 在随机基因组测序中 ,鳗弧菌所有的溶
血素基因与弧菌属的其它物种如 0 1 型霍乱弧菌
E ITo r 副溶血弧菌和创伤弧菌的溶血素基因相似
程度都很高 16 特别是在拟态弧菌的胞外产物中已
分离到耐热的溶血素和不耐热的溶血素 (V M H ) 两
种l,,l前者与副溶血弧菌(v . par haem ly tieus ) 所
产生的耐热溶血素(TD H ) 很相近 ;后者是分子量
为 6. 3 万的多肤, 与霍乱弧菌具有肠毒性的溶血素
抗血清发生交叉反应 , 对多数哺乳动物红细胞都
具有溶血活性 溶血素的作用机制主要是 ,先与靶
细胞膜表面受体结合 ,形成寡聚体并在细胞膜上打
孔 ,形成离子允许通道而长生胶体渗透休克 ,让水
和一价离子通过但不能透过血红蛋白 ,使细胞内高
渗透压 , 吸引净水流人胞内而致红细胞肿胀至破
裂 ,由于其与细胞膜的结合是可逆的 ,故能够引起
连续的溶血 ,使细胞凋亡从而溶解细胞
1.2. 4 铁载体 铁载体 (sids ro pho re )是细菌在低铁
条件下产生的一类小分子有机化合物 ,分为酚盐类
和异经肪盐类两类 铁为一切有机体所必需 ,对铁
摄取与利用的调控在细菌生长和铁毒性中起重要
作用 铁摄取能力是病原菌在宿主体内生存能力的
一个重要方面 , 铁载体能够吸附和整合微量铁 ,以
供其细菌生长繁殖 细菌需要至少 ro 一6M 的铁存
在于体内才能够生存 但在有氧条件和近乎中性
pH 值环境中 ,铁呈不溶解矿物质状态 ;类似甚至更
为苛刻的铁营养限制也广泛存在于生物系统中 ,宿
主中大部分的铁并不是自由的可供利用的 ,其游离
铁离子的浓度为 10 一18 M , 低于细菌生长所需要的
量118) 因此 ,细菌在正常生理条件下获得铁是十分
困难的 而细菌为了生存或者感染宿主 ,就需要克
服这种铁的限制 在长期的进化过程中 ,细菌就发
展出特有的铁吸收系统 ,以便可以抢夺环境与宿主
体内的铁来生存 ;同时 ,这种获得铁的能力也就成
为了细菌毒力的关键 有的学者曾发现弧菌产生的
溶血素可以使血液中的游离的血红蛋白和铁元素
增加 ,因此 ,这两种毒力因子协同作用 ,使宿主体内
的铁消耗量增加 ,从而加重病症I川
性物被术趁橄云白妞几肋枷盯 B 川物如 2(X 刃 年 增 刊
2 展望
综上所述 ,弧菌的感染和致病是由多种治病的
毒力因子相互协同作用而产生的结果 毒力因子的
发现使我们更进一步的了解了弧菌的致病机制 ,也
认识到弧菌在进化过程中形成的毒力具有很复杂
的特点 ,及时深人的研究毒力基因 ,对研制更有效
的方法来治愈弧菌病具有很好的帮助 目前 ,在国
内海水鱼类的养殖过程中 ,频繁使用抗生素使致病
菌产生耐药性 ,其耐药质粒在弧菌之间的水平传播
给鱼病防治工作带来新的挑战 到目前为止还有一
些弧菌没有彻底阐明其致病机理 ,所以对弧菌的毒
力因子还有待进一步的研究 ,并在此基础上可以探
索和研发弧菌的毒力因子的有效疫苗 ,从而可以为
水产养殖业预防和控制感染性弧菌病提供可靠的
防治途径
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