魏氏梭菌的生物學特性及其對畜禽生產的危害

陳 輝，肖定福

（湖南農業大學動物科學技術學院，長沙 410128）

魏氏梭菌的生物學特性及其對畜禽生產的危害

陳 輝，肖定福*

（湖南農業大學動物科學技術學院，長沙 410128）

魏氏梭菌（CP）是一種條件性致病菌，也稱產氣莢膜梭菌（Bacillus perfringens），該菌可致畜禽發生魏氏梭菌病，給畜禽生產造成巨大的危害。文章就CP的生物學特性及其對畜禽生產的危害作以綜述，旨在了解其致病機制，降低CP對畜禽生產造成的損失。

魏氏梭菌；畜禽生產；生物學特性；危害

魏氏梭菌（CP）為革蘭氏陽性菌，分為A、B、C、D和E型，在土壤、污水、飼料、糞便中均有分布，是一種典型的條件性致病菌[1-4]。CP于1892年被英國人Welchii從一個腐敗人尸體產生氣泡的血管中分離得到。CP在腸內產生的毒素進入體液循環后被吸收引起哺乳動物的腸道感染，稱為腸毒血癥[5-7]；另外，CP也可造成皮膚疾病，如皮下和肌肉組織病變（氣性壞疽和惡性水腫）[8-10]。其發病急，發病率和死亡率高，呈地方性流行，是危害養殖業的重要傳染病。目前該病已廣泛分布于世界各地，呈全球流行態勢，嚴重危害各國畜禽業的發展，成為動物傳染病學、獸醫微生物學的研究熱點[11-22]。因此，本文就CP的生物學特性及魏氏梭菌對畜禽生產的危害作以綜述，旨在了解其致病機制，降低CP對畜禽生產的危害。

1 魏氏梭菌的生物學特性及危害

CP兩端鈍圓、粗大桿菌，單在或成雙排列，短鏈較少、無鞭毛、不能運動，在動物機體里或含血液的培養基中可形成莢膜，無芽孢，屬革蘭氏陽性菌。CP為厭氧菌，對營養要求、厭氧要求不高。部分CP菌種可使牛肉塊變成為粉紅色。CP在厭氣肉肝湯中生長迅速，產生大量氣體。CP株純培養物能發酵葡萄糖（Glucose）、乳糖（Lactose）、麥芽糖（Maltose）、果糖（Fructose），并產酸產氣；不發酵甘露醇（Mannitol）、鼠李糖（Rhamnose）和靛基質（Indole）；CP不含丙酮酸脫羧酶，故甲基紅（M.R）試驗和二乙酰（V-P）試驗呈陰性[23]。

1.1 細胞毒活性

CP可引起腸黏膜和細胞膜的通透性改變、新陳代謝紊亂、組織學損傷以及細胞內的大分子合成完全受到抑制，最終導致腸黏膜的損傷而發病。CP對機體的細胞膜也有毒性作用，CP可迅速改變哺乳動物細胞膜的通透性，且只有相對分子質量＜200 kD的小分子才能通過細胞膜，因而導致動物機體細胞的膠體滲透壓平衡受到破壞，使細胞裂解或新城代謝過程受到抑制，最終導致機體細胞的死亡。

1.2 超抗原性

CP不需要抗原提呈細胞的加工處理即可誘導細胞的增殖。研究發現，CP可誘導產生細胞胞間介質、細胞間黏附分子1（ICAM-1）、白介素-8（IL-8），腫瘤壞死因子-α（TNF-α），血小板活化因子（PAF）和內皮細胞白細胞黏附因子（LECAM）。研究表明，CP主要誘導一些特異性細胞毒T細胞系（CTL）細胞復合性地非限制性殺傷組織相容性白細胞二類抗原陽性靶細胞，同時發現CP對Vβ24、Vβ21、Vβ15和Vβ6.1～5的刺激作用很小，且抗原并不需要加工過程即可形成[24]。張紅英等研究表明，CP的生物學特點是其具有超抗原性的基礎[25]。

1.3 遺傳特性

編碼CP毒素的基因位于細菌染色體上最穩定的區域——復制起始區。指導CP毒素基因轉錄的

啟動子包括-10和-35保守區，位于SD序列的上游。CP和其他致病菌一樣，也是通過VirR/VirS雙組分調控系統來調控基因的表達[26]。VirS作為組氨酸（Histidine）激酶傳感器，對環境信號做出應答，從而磷酸化VirR，磷酸化的VirR可調控靶基因的轉錄，進而使基因得到表達。CP毒素編碼基因還受到許多其他魏氏梭菌的毒素編碼基因質粒影響[27]。CP毒素的組分由兩種基因編碼，分別是iap基因（1 160 bp）和iab基因（2 630 bp），兩種基因在97 kb或135 kb的質粒中發現。而Li等發現表明了攜帶iap基因和iab基因的遺傳學原件可插入到攜帶轉座酶的CP毒素質粒上，從而編碼CP毒素的前體[28]。1.4 其他特性

除了以上特性，CP所產生的毒素具有溶血活性、致死性、皮膚壞死性、血小板聚集和增加血管滲透壓等特性[29]。CP毒素使血小板纖維蛋白原受體從血小板內部轉到外膜，同時使血小板發生了凝集，原因是CP毒素使血小板纖維蛋白原受體發生了易位[30]。CP毒素所誘導產生的細胞因子（IL-8等）進一步增加了血管的滲透性和水腫[31]。

2 魏氏梭菌對畜禽生產的危害

2.1 降低畜禽生產性能

畜禽感染CP后會導致生產性能降低，給畜禽生產帶來巨大的經濟損失。隨著禁止抗生素在畜禽生產中的應用，使得魏氏梭菌病的發病率也越來越高，使畜禽生產性能和飼料報酬降低，死亡率升高，給畜禽養殖帶來巨大經濟損失的同時，也嚴重威脅人類的健康[32]。由于CP具有細胞毒活性，可以迅速改變畜禽細胞膜的通透性，使畜禽細胞裂解或細胞基礎代謝受阻，最終導致細胞死亡，嚴重降低了畜禽的生產性能。Wang等研究表明，ε毒素（B型和C型魏氏梭菌所產生）具有明顯的細胞毒素作用，可以作用于畜禽細胞膜上的膽固醇和鞘脂，造成細胞膜通透性的改變，使得畜禽腸道細胞對飼糧中營養物質的吸收率降低，進而導致增重降低，料肉比或料蛋比增大，使畜禽生產性能降低[33]。

2.2 造成畜禽猝死癥

感染CP是造成畜禽猝死癥（SDS）的主要原因，該病也稱之為暴死癥或急性綜合征（ADS）。C型魏氏梭菌是造成畜禽“猝死癥”的主要病原，該菌的主要致病毒素是α和β外毒素，并且該毒素具有良好的免疫原性[34]。SDS發病急，通常沒有任何征兆而突然死亡，呈地方流行性、無明顯季節性、無明顯傳染性、病程短且致死率很高，發病時幾乎無前期癥狀，通常因來不及治療而造成畜禽死亡，給畜禽生產帶來巨大的經濟損失[35]。全身實質器官出血是SDS的主要病理特點，造成反芻動物胃黏膜脫落，瓣胃黏膜脫落最為明顯，也會造成畜禽腸道大面積出血。其中空腸出血最嚴重，病理腸道外表呈紅褐色，切開后鏡檢可見腸內有大量紅棕色黏稠液體，腸黏膜脫落，呈彌漫性出血，腸系膜呈樹枝狀出血。SDS對畜禽心臟也會造成一定的危害，使得心臟質地變軟，且心耳有大量出血點；SDS會造成淋巴結腫大且呈大理石樣；SDS造成肝臟肥大、肺水腫、腎淤血等病理變化，給畜禽的健康帶來了巨大威脅。

2.3 造成畜禽腸道疾病

CP屬于腸道的正常菌群，普遍存在于畜禽的腸道內，在正常情況下并不致病，但在畜禽感染大量病原菌后，由于應激反應造成機體免疫性能降低時，腸道內的CP會大量繁殖，打破腸道微生態平衡，同時產生大量外毒素，外毒素進入腸道造成腸道疾病（腸毒血癥、出血性腸炎等），嚴重時可致畜禽死亡。Miyamoto等研究表明，羔羊痢疾和羔羊、牛犢、仔豬、家兔、雛雞等壞死性腸炎等疾病的主要病原是CP[36]。研究表明仔豬紅痢是由C型魏氏梭菌所引起，由于CP屬于腸道菌群，容易使出生后一周內的仔豬患紅痢和白痢兩種傳染病，給養豬業造成巨大經濟損失[37-38]。許崇利通過把A型魏氏梭菌接種在結扎的綿羊回腸和結腸中產生α毒素，結果表明，α毒素是引起綿羊腸道疾病的病原。說明，CP對畜禽腸道造成很大損傷，給畜禽生產帶來較大的經濟損失[39]。

2.4 造成畜禽氣性壞疽

CP能引起綿羊、山羊、牛和馬等動物的氣性壞疽，氣性壞疽是一種嚴重的創傷感染性疾病，多見于軟組織嚴重開放性損傷，給畜禽生產帶來了很大的危害。氣性壞疽的發生，并不單純取決于魏氏梭菌的存在，而是需要一個有利于魏氏梭菌生長繁殖的缺氧環境。研究表明，α毒素（由魏氏梭菌產生）是引起氣性壞疽主要病原。CP侵入患畜傷口后，由于受損部位缺血造成缺氧，組織氧化電勢（Eh）下降，使其得以生長繁殖；同時需氧菌消耗組織內氧氣，使Eh進一步降低，更利于CP的生長繁殖，產生大量的α毒素，造成機體氣性壞疽[40]。氣性壞疽的發病機制是由于α毒素感染創傷面以后，破壞了局部組織和炎癥細胞；當毒素浸潤至周圍組織或進入全身循環系統后，可引起中性粒細胞和內皮細胞間黏附作用的調節異常，導致血管內白細胞淤滯、內皮細胞受損和局部組織缺氧，形成氣性壞疽[41]。

2.5 其他危害

CP所產生的外毒素也會造成機體細胞膜的損傷、血管內皮細胞的損傷、細胞壞死、組織水腫等病變[42]。研究表明，魏氏梭菌外毒素可引起機體食物中毒。此外，B型CP所產生的β1毒素是一種穿孔毒素，可以損傷多種宿主細胞的細胞膜（如腸上皮細胞、內皮細胞等），并且其可通過影響Ca2+在神經細胞膜內的分布，影響神經組織的功能，破壞正常的神經傳導[43]。Sakurai等研究表明，α毒素是一種依賴鋅離子（Zn2+）的磷脂酶C，該酶可水解真核細胞膜的磷脂酰膽堿，使得機體細胞膜流動性降低和衰老；同時α毒素也具有鞘磷脂酶活性，造成機體細胞的凋亡[44]。α毒素也可引起多種動物內皮細胞或其他細胞損傷，能激活一些其他細胞膜和內部細胞機制導致溶血[45]。CP也可改變機體細胞膜的通透性，研究表明，ε毒素對大鼠的作用，發現ε毒素能夠與大鼠突觸小體上的受體結合形成七聚體復合物，該復合物能夠導致細胞膜通透性改變，使得大量的鉀離子（K+）外溢，從而細胞內的鈉離子（Na+）和氯離子濃度（Cl-）快速升高，有害物質快速進入大鼠機體細胞，導致細胞毒性甚至發生細胞死亡或者凋亡[46]。

3 小 結

CP具有細胞毒性、超抗原性等生物學特性，這些特性是其致病的基礎，危害畜禽的健康以及降低畜禽的生產性能，從而給畜禽生產造成巨大的經濟損失。近年眾多學者對CP的深入研究，對其的了解也越來越多，對其相關的致病機制也做了深入的研究，對致病機制的了解也更加深入。隨著分子生物學的發展，許多學者利用現代分子生物學技術對CP進行相關研究，如利用核酸探針的方法對CP快速診斷以及基因分型，比傳統方法更靈敏可靠；利用基因敲除技術降低毒素的致病性、利用基因工程苗以及核酸疫苗提高畜禽機體對CP的免疫力，一定程度上降低了CP給畜禽生產帶來的危害。但目前對于CP介導的單一毒素的特定致病機制仍不十分清楚，相信隨著分子生物學技術的進一步發展，其發病機制將會越來越明確，防治措施會越來越有效，從而降低CP給畜禽生產帶來危害，促進我國畜禽業安全健康的發展。

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Biological Characteristics of Clostridium Perfringens and Its Harm to Livestock and Poultry Production

CHEN Hui,XIAO Dingfu*
（College of Animal Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China）

Clostridium perfringens is a conditional pathogen,also known as Bacillus perfringens,which produces Clostridium perfringens.It can cause great harm to livestock and poultry production.This article summarized the bio?logical characteristics of CP and the harm of livestock and poultry,and aimed to understand its pathogenesis and re?ducedthe loss of CPto livestock andpoultry production.

Clostridium perfringens;livestock production;biological characteristics;harm

S852.6；S814

A

1001-0084（2017）08-0001-04

2017-06-20

國家自然科學基金項目（31640078）；湖南省科技廳項目（2015RS4035）；湖南省教育廳資助科研項目（16A096）

陳輝（1995-），男，湖南衡陽人，主要從事動物營養與飼料科學。

*通訊作者：博士，副教授，E-mail:xiaodingfu2001@163.com。