細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，隨著養殖模式的轉變和免疫抑制病的出現，由副豬嗜血桿菌引起的副豬嗜血桿菌病成為養豬場常見的、多發的并且危害嚴重的豬呼吸系統疾病之一。因臨床抗生素的濫用，導致細菌的耐藥性越來越強，且由細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具有一定的耐藥性和慢性感染的能力，其中，細菌生物膜的存在增強了該菌的致病性和耐藥性[1]。

關鍵詞：副豬嗜血桿菌;生物胰;致病機制

副豬嗜血桿菌病，又稱革拉瑟氏病（ Glasser's disease），是由副豬嗜血桿菌（H.parasuis）引起豬的纖維素性多發性漿膜炎、關節炎和腦膜炎為特征的豬呼吸系統性疾病。生物膜（BF）的存在增強了H.parasuis在臨床上的致病性。細菌生物膜（BBF）是細菌為適應自然環境，形成的一個以多糖、蛋白質和核酸為基質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形成的相關基因和功能研究尚未完全清楚，可能與細菌的密度感應信號基因、莢膜和鞭毛基因有關[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的形成是一個動態的高度依賴于環境信號的過程，主要包括：細菌的黏附、細胞與細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錄的調控[1]。首先游離菌接受環境中的營養信號，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胞表面。這是細菌從游離菌到生物膜形成的關鍵階段。黏附一旦發生后，細菌才能大量的增殖和分泌大量胞外多糖。產生的胞外多糖可與基底結合，使其黏附得更加牢固且不可逆，同時還可避免新增殖的細菌被流體帶走。隨著大量微菌落的形成與變厚，細菌生物膜逐漸趨于成熟。當生物膜聚集和成熟后，一小群細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的地方且釋放出游離細菌，可進一步的繁殖和遷移，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基因對于生物膜形成的影響方面的研究，特別是密度感應系統、鞭毛和莢膜等。此外，毒力因子（如神經氨酸酶）的產生也能促進生物膜的形成[5]。

2BBF的結構特點

BBF最大的特點是BF結構的異質性[6]，即膜內細菌密度非常大，不同部位的細菌展現出不同的基因表達模式，發揮著不同的功能。這是一種環境適應機制[7]，也是一種獲得性的變異[8]。盡管BF的結構復雜且具一定的特異性，但都具有一些普遍的結構特性，其包繞形成的基質主要由細菌分泌的各種胞外多糖、胞外蛋白質以及胞外DNA等組成。BBF膜外基質中具有多種通道的特點，其中具有非常豐富且結構穩定的水通道，可便于膜內部的細菌輸送營養物質和排出代謝廢物，這將大大提高胰內細菌的存活能力[4]。而成熟的生物膜不僅可以幫助細菌逃避機體先天性免疫和適應性的免疫系統，還可阻止抗菌藥物的進入，進而為細菌提供了有利的生存環境[9]。

3H.parasuis的致病機理

細菌的致病機制是一個極其復雜的過程，需各方面多個因子共同調節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菌增殖一引起組織或器官損傷。具體過程為：細菌黏附和侵襲黏膜上皮細胞;進入宿主體內后逃避宿主的防御反應抵抗巨噬細胞的吞噬作用和血清補體系統的非特異性殺菌作甩在宿主體內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毒力因子的免疫原性激發機體免疫機制引起的[10]。現已發現該病原菌可能的毒力相關因子有：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，可刺激機體產生相應的抗體，產生的抗體卻無法有效的清除膜內的細菌。抗體與可溶性抗原結合后可形成抗原一抗體免疫復合物，沉積在感染病灶周圍，吸引大量的炎癥細胞趨化，吞噬細胞雖能釋放各種裂解酶和炎性因子，但無法對BBF發生吞噬作用或吞噬效率非常低下，從而引起宿主嚴重的免疫損害[11]。H.parasuis包裹于膜內使其毒力降低，但膜內菌可從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的成分以逃避免疫識別[12]。因此，封鎖于膜內的H.parasuis可以逃避宿主免疫系統的清除。

4.2對抗菌素的耐藥性

由于BF細菌與浮游菌有所不同，其耐藥性也不一樣，這與BF的特殊結構和性質有關。BF包裹的膜內微環境發生變化，導致膜內細菌的生長特性也隨之改變。膜內深處的細菌處于厭氧環境，其生長處于停滯狀態。目前大多數的抗菌藥物是針對生長期的需氧菌，而對于膜內停滯期的厭氧菌作用不明顯[6]。隨著胰內營養物質的耗盡，其酸性代謝產物會在局部積聚，導致膜內的酸堿度和滲透壓發生改變，這些因素的改變都將可能增強膜內菌對抗菌素的耐藥性[6，13]。BF產生的胞外多糖可將細菌包裹形成一道天然屏障，可有效阻止一些抗生素進入，以削弱抗菌素對胞內菌的殺傷作用[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基質中。黏附和侵入黏膜上皮細胞是H.parasuis引起感染的最關鍵的一步。BF的產生有助于菌株在黏膜上皮細胞的定植，甚至改變細菌的黏附能力，但對系統性入侵的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生BF。因此，BBF的形成有利于H.parasuis在宿主內定植并致病。

5小結

細菌生物膜對H.parasuis致病性的影響主要表現在以下幾個方面：①BF中的多糖基質可將細菌包裹起來，避免機體免疫系統的免疫清除，使得宿主所產生的特異性抗體及吞噬細胞等對細菌的攻擊難以奏效，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，但膜內的細菌卻不易被抗菌素完全殺滅，一旦藥物停用后，膜內幸存的耐藥菌株可迅速重新生成BF引起宿主致病。因此，BBF不僅是細菌存在于自然界的一種重要的生存方式，而且還是細菌重要耐藥機制和對抗動物體內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。

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