魚源維氏氣單胞菌的研究進展

熊廣澤，張 焱

(1.武漢外國語學校,湖北 武漢 430022; 2.華中師范大學 生命科學學院,湖北 武漢 430079)

維氏氣單胞菌(Aeromonasveronii)又稱維羅納氣單胞菌，為水傳播性的兼性厭氧菌[1]。氣單胞菌屬中的致病菌能導致水生、牲畜以及人類患病。維氏氣單胞菌對水生變溫動物感染性高，該菌感染魚類后，魚體往往表現出多種病癥，如出血、敗血癥等，嚴重時會導致死亡。當前已在我國部分地區對漁業水產養殖造成了較大經濟損失。這類致病菌越來越受到人們的關注。維氏氣單胞菌的主要毒力因子主要有三類,分別為外毒素，胞外酶和黏附因子。目前在各文獻上存在部分毒力因子劃分混亂和同物異名的問題，需要勘正。

筆者旨在對維氏氣單胞菌的最新研究進展進行報道，總結氣單胞菌毒力因子的劃分、名稱和相關基因，從而為在水產養殖中預防和治療此類細菌病和今后對維氏氣單胞菌的毒性研究提供一定的參考依據。

1 維氏氣單胞菌的分類地位和生物學特性

維氏氣單胞菌(Aeromonasveronii)屬于氣單胞菌屬(Aeromonas)，是兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌。在科級分類階元上，目前尚無定論，傳統觀念認為歸屬弧菌科(Vibrionaceae)[2]，也有學者認為應該歸入專有的科——氣單胞菌科(Aeromonadaceae)[1,5,6]氣單胞菌屬總共包含17[7]個種，如維氏氣單胞菌(A.veronii)、嗜水氣單胞菌(A.hydrophila)、豚鼠氣單胞菌(A.caviae)等。氣單胞菌可以以有無運動活性為判斷標準，劃分為無運動力的嗜冷型和有運動力的嗜溫型[1,7,8]。維氏氣單胞菌和嗜水氣單胞菌都屬于后者。氣單胞菌屬中的致病菌為人-畜-魚共患的致病菌。維氏氣單胞菌的DNA序列總長度中位數為4.62Mb。通過對維氏氣單胞菌泛基因組(pan-genome)組的研究，結果表明其全基因組大小為7 214個基因[9]。

作為一種能感染陸生和水生動物的病原菌，在溫度上，維氏氣單胞菌的適宜生長溫度為25～30℃。在酸堿度上，能夠耐受高pH的環境。這就造成了該菌分布廣泛，在自然水體、泥土乃至水生動物的體內普遍存在[1,2,8]，特別是在較炎熱的夏季，分離得到的數量最多[10]。又因為其菌株能在普通冰箱的0～4℃低溫下/pH 4～10酸堿環境/高鹽濃度的條件下生長，所以在不同種類的食品中亦發現存在其菌株，如海鮮以及衍生加工食品等[11]。

2 維氏氣單胞菌的致病性

氣單胞菌是魚類和水生動物的重要病原體，能夠通過食物感染人類和其他動物。維氏氣單胞菌中的有毒菌株的致病性較強，主要感染各種淡水魚類，如鯉魚、羅非魚等[2]。染菌可引起患病魚類表現出敗血癥、出血、潰瘍、腹水和高死亡率癥狀，給水產養殖帶來巨大的經濟損失[12,13,14]。在2009-2014年，張德鋒等對華南地區的70個魚塘里捕獲的患病的草魚、鯽魚和鱖魚等15種魚類進行研究。在該研究中，從上述多種患病魚類體內分離鑒定出的143株氣單胞菌中，有維氏氣單胞菌80株，占比56%(80/143)，出現比例在所有氣單胞菌中最高，且將不同氣單胞菌通過浸浴感染法和腹腔注射法比較研究各菌的毒力，在浸染模型中，表現出最強毒力的是維氏氣單胞菌[3]。在國外，維氏氣單胞菌引起的大規模養殖魚類死亡同樣較常見，如造成2017年夏季在埃及塞得港省(Port Said)養魚場尼羅羅非魚(O.niloticus)大量死亡的主要原因即是由維氏氣單胞菌感染而引起的發炎潰瘍和敗血癥[15]。Sabrina Hossain等從52條患病觀賞虹鳉(P.reticulata)中分離出5種氣單胞菌，其中從34條中分離出維氏氣單胞菌，占比65%，出現比例在所有氣單胞菌中最高[16]。

維氏氣單胞菌不但可以感染包括魚類在內的水生動物，也可感染包括人在內的哺乳動物。維氏氣單胞菌對人而言是一種機會致病菌[1]，不過對免疫功能健全的人也具有一定的感染性[17]。氣單胞菌導致的最常見的疾病是腸胃炎癥，尤其是對于低齡嬰幼兒，可以導致不同嚴重程度的腹瀉[2]。而該菌導致的其他病癥包括敗血癥、肺炎等呼吸道感染以及零星的腦膜炎和偶見溶血性尿毒綜合征、急性化膿性關節炎[18,19〗等，在人體內的各種感染多為消化道、呼吸道、淺表皮向循環系統的擴散引起的[20]。

由維氏氣單胞菌引起的病例，自1994年報道出第一例后屢有出現。近年來，被維氏氣單胞菌感染的病例報導日益增多[20,21]，對公共衛生和人類生命健康造成一定的威脅。

3 維氏氣單胞菌的主要毒力因子

3.1 外毒素

外毒素(exotoxin),即胞外毒素，包括氣溶素(aerolysin)和腸毒素(enterotoxin)等。這些毒素都是可認為屬于同一基因家族的具有相似結構和生物學活性的單一多肽[8,22]。

氣溶素又名溶血性外毒素[22]，或簡稱溶血素(haemolysin)，相關基因主要有三個，分別是aerA，大小為431 bp[2]；ahh1[23]，大小為130 bp；asa1[23]，大小為375 bp。氣溶素可作為菌株有無致病性的標志。氣溶素具有很強的細胞毒性、溶血性和腸毒性。氣溶素的生物功能為結合并破壞受侵染組織細胞的細胞膜，甚至造成受侵染細胞的死亡[24]。

腸毒素是維氏氣單胞菌的主要毒力因子，也被稱為細胞毒性腸毒素(cytolytic enterotoxin)，相關基因主要有三個，分別是act，ast和alt[23]。分泌腸毒素的菌株經常可以從腹瀉的病人中分離得到。腸毒素又可分為細胞溶解性腸毒素和細胞興奮性腸毒素兩類[1,2]。細胞毒性腸毒素的毒性表現在促使小腸隱窩和絨毛的退化。細胞興奮性腸毒素不會導致上皮退化,而是刺激腸道加強分泌作用，最終導致小腸上皮細胞廣泛性損傷。

3.2 胞外酶

胞外酶(extracellular enzyme)，是泛指在細胞外分泌的酶，以分泌游離程度可分為質膜鑲嵌型、存在于質膜空間的和擴散型即完全脫離菌體的。對于氣單胞菌，胞外酶包括絲氨酸蛋白酶(serine protease)，相關基因為ahpA；彈性蛋白酶(elastase)，相關基因為ahpB；脂酶(lipase)，相關基因為lip[23]。還包括Dnase和幾丁質酶等，胞外酶皆由母體菌分泌。胞外酶在氣單胞菌感染宿主的過程中發揮重要作用，直接致病或活化其他致病因子以致病[25]。其中，蛋白酶可以直接或間接由蛋白水解激活從而損傷宿主組織[11]。

3.3 黏附素

黏附素(adhesin)又名黏附因子，許多微生物都含有該結構，細菌侵染的重要先決步驟即是通過黏附素黏附及定植在宿主黏膜上。氣單胞菌的黏附素分為兩類:菌毛黏附素(纖維狀黏附素)(fimbrial adhesin)和非菌毛黏附素(外膜蛋白相關的黏附素)(afimbrial adhesin)。細分包含菌毛、莢膜、細胞壁脂多糖、S-層蛋白、外膜蛋白等[26]。

菌毛(fimbriae)是一種具有黏附功能的細胞器，是細菌表面由菌毛蛋白亞基構成的絲狀結構。氣單胞菌的菌毛可附著于宿主黏膜上皮細胞的相應受體上，便于氣單胞菌的局部性增殖或繼續侵染。同時，菌毛還可進行其他的細胞活動，如菌體的聚集、對宿主細胞的浸潤和菌體的運動等[1]。

莢膜(capsule)是由多糖構成并覆益在細菌細胞外膜上一層黏液層，位于細菌細胞的最外層，高度水合,并可形成同型和異型聚合物。這些結構經常形成,故能參與細菌與環境的相互作用。莢膜已經被鑒定為許多病原菌的主要毒力因子,因具有抗吞噬和抗體液殺菌物質的能力，有助于細菌的存活[27],并有助于入侵魚類的細胞[28]。

細胞壁脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，一種表面多糖結合物，由脂質、核心寡糖和特定多聚糖或O抗原組成[25,29]，LPS也叫內毒素[14]。為革蘭氏陰性菌所特有。LPS是革蘭氏陰性菌外膜外小葉的主要成分，是非特異性免疫反應的誘導因子，可引起內源性介質的形成和釋放從而造成局部炎癥。大部分嗜溫氣單胞菌的LPS會引起敗血癥和腸胃炎[2]

S-層蛋白(S layer protein，Slps)是多種細菌被膜最外面的一層亞晶狀蛋白層，化學本質為糖蛋白或單一蛋白[1]，分子量40～200 kDa。Slps暴露在細菌最外層，具有黏附、抗補體途徑和抗吞噬細胞吞噬等功能[26]。此外，Slps和菌毛亦是噬菌體的結合位點。

外膜蛋白(outer membrane protein，OMPs)是革蘭氏陰性菌細胞壁中特有的結構，具有革蘭氏陰性孔蛋白的典型特征，包括酸性的pI，高甘氨酸和低脯氨酸含量，無半胱氨酸殘基和羧基末端Phe。OMPs的細胞功能與物質運輸、保持菌體形態等有關[30]，且具有良好的免疫原性。維氏氣單胞菌主要的OMP為分子量38 kDa的OMP38，相關基因的開放閱讀框為1047bp，編碼349aa的一級蛋白質，成熟的蛋白質為329aa[31]。作為細菌的一種致病因子，與Slps類似，OMPs同樣具有黏附、抗血清殺菌、抗補體和抗吞噬的功能，在細菌的致病過程中起重要作用。如OMP A即是維氏氣單胞菌重要的黏附素[30]，ompA含有ompAⅠ-ompAⅡ串聯同系物[24]。

毒力因子的預測表明，維氏氣單胞菌與近源種嗜水氣單胞菌和豚鼠氣單胞菌之間沒有顯著差異[9]。氣單胞菌致病株并非總是含有上述所有的毒力因子基因，每個氣單胞菌致病株可具有1～7個毒力因子相關基因，維氏氣單胞菌致病株常見的毒力因子基因組成模式為(aerA+exu+lip+flaA/B+alt+)[32]。

4 維氏氣單胞菌的藥敏性及展望

就維氏氣單胞菌等氣單胞菌的藥敏性而言，從相應病魚中分離出的所有氣單胞菌菌株對氨芐青霉素的耐藥性為92%[33]～100%[22]，對青霉素的耐藥性約為100%[22]，對頭孢菌素的耐藥性為86.7%，對羧芐青霉素的耐藥性為62.2%，對紅霉素的耐藥性為40.0%[22]。對其他常見抗生素如阿莫西林、亞胺培南、萘啶酸、土霉素和利福平的耐藥性均超過70.0%[16]。當前最有效的抗菌藥物是環丙沙星，近100%的菌株敏感[25]。而大多數被測菌株在1.2 mg·L-1的氯濃度下均未被殺[25]。

氣單胞菌目前因較頻繁地在夏季于漁業水產魚塘及實驗室集約養殖條件下的魚缸中暴發，從而日益受到全球各項研究的重視，而維氏氣單胞菌正是一種在各項研究中被確認為對魚類浸浴感染時致病性很強的致病菌。目前，實驗室研究A.veronii對魚類的毒力影響的材料常見的是斑馬魚。維氏氣單胞菌對斑馬魚的發育毒害反映在從胚胎到成魚的各個時期。斑馬魚很容易被維氏氣單胞菌感染，由Phelps等人在2017年的研究數據表明，氣單胞菌和弧菌是在普通幼魚中存在的兩個最主要的屬，52.2%的6 DPF(受精后6日)時期仔魚體內被檢測出感染了氣單胞菌[34]。成魚時，維氏氣單胞菌對斑馬魚的毒害則主要表現為出血、潰瘍、敗血癥等，與多種疾病有關[35〗。可表現為腸上皮細胞增殖增多，質量異常[36]。有研究表明，維氏氣單胞菌會造成斑馬魚的免疫應答異常性增高[37]。由此看來，可能是維氏氣單胞菌的外毒素、胞外酶等毒力因子影響了魚類的腸道和黏膜從而引發了成魚的后天免疫應答升高、病癥的產生甚至死亡。

以維氏氣單胞菌占比多的數種不同的氣單胞菌的混合感染是導致魚塘魚暴發敗血癥等疾病的常見原因，因此建議在漁業水產養殖和實驗室集約養殖中，應定期消毒，保持水體衛生，減少魚體密度，適時曬塘洗缸，正確給藥，在夏季應加強水體監控，適量補藥，合理養殖，從而預防維氏氣單胞菌等引起的魚類病害。