细菌生物膜对副猪嗜血杆菌致病机制的影响
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作者:贺洪
摘要：近年来，随着养殖模式的转变和免疫抑制病的出现，由副猪嗜血杆菌引起的副猪嗜血杆菌病成为养猪场常见的、多发的并且危害严重的猪呼吸系统疾病之一。因临床抗生素的滥用，导致细菌的耐药性越来越强，且由细菌引起的疾病越来越难以控制，以至治疗成本也越来越高。副猪嗜血杆菌在猪体内具有一定的耐药性和慢性感染的能力，其中，细菌生物膜的存在增强了该菌的致病性和耐药性[1]。
关键词：副豬嗜血杆菌;生物胰;致病机制
副猪嗜血杆菌病，又称革拉瑟氏病（ Glasser's disease），是由副猪嗜血杆菌（H.parasuis）引起猪的纤维素性多发性浆膜炎、关节炎和脑膜炎为特征的猪呼吸系统性疾病。生物膜（BF）的存在增强了H.parasuis在临床上的致病性。细菌生物膜（BBF）是细菌为适应自然环境，形成的一个以多糖、蛋白质和核酸为基质包裹的有组织的菌落，不可逆地附着于载体表面，具有极强的免疫逃避性和耐药性。目前对H.parasuis BF形成的相关基因和功能研究尚未完全清楚，可能与细菌的密度感应信号基因、荚膜和鞭毛基因有关[2-3]。文章综述分析了BBF的形成和特点以及对H.parasuis致病机制的影响，以期为疾病的控制提供参考。
1BBF的形成
BBF的形成是一个动态的高度依赖于环境信号的过程，主要包括：细菌的黏附、细胞与细胞之间的吸附与增殖、生物膜的成熟以及脱离等[4]，其生长速度还受基因转录的调控[1]。首先游离菌接受环境中的营养信号，识别并紧密黏附在固体表面，该过程需通过活跃的菌毛、鞭毛和表面特定的黏附素蛋白使其黏附固定于宿主细胞表面。这是细菌从游离菌到生物膜形成的关键阶段。黏附一旦发生后，细菌才能大量的增殖和分泌大量胞外多糖。产生的胞外多糖可与基底结合，使其黏附得更加牢固且不可逆，同时还可避免新增殖的细菌被流体带走。随着大量微菌落的形成与变厚，细菌生物膜逐渐趋于成熟。当生物膜聚集和成熟后，一小群细胞又可从成熟的生物膜中脱离出来，随流体传播到相对较远的地方且释放出游离细菌，可进一步的繁殖和迁移，从而形成新的生物膜。因此，生物膜的脱离对于细菌的感染具有重要的功能。目前，对副猪嗜血杆菌生物膜的形成过程尚未完全清晰，主要集中在信号通路相关基因对于生物膜形成的影响方面的研究，特别是密度感应系统、鞭毛和荚膜等。此外，毒力因子（如神经氨酸酶）的产生也能促进生物膜的形成[5]。
2BBF的结构特点
BBF最大的特点是BF结构的异质性[6]，即膜内细菌密度非常大，不同部位的细菌展现出不同的基因表达模式，发挥着不同的功能。这是一种环境适应机制[7]，也是一种获得性的变异[8]。尽管BF的结构复杂且具一定的特异性，但都具有一些普遍的结构特性，其包绕形成的基质主要由细菌分泌的各种胞外多糖、胞外蛋白质以及胞外DNA等组成。BBF膜外基质中具有多种通道的特点，其中具有非常丰富且结构稳定的水通道，可便于膜内部的细菌输送营养物质和排出代谢废物，这将大大提高胰内细菌的存活能力[4]。而成熟的生物膜不仅可以帮助细菌逃避机体先天性免疫和适应性的免疫系统，还可阻止抗菌药物的进入，进而为细菌提供了有利的生存环境[9]。
3H.parasuis的致病机理
细菌的致病机制是一个极其复杂的过程，需各方面多个因子共同调节参与突破宿主的免疫屏障，使致病菌感染宿主并造成疾病的发生。H.parasuis的致病机理一般有以下步骤：侵入宿主一逃避宿主的防御一细菌增殖一引起组织或器官损伤。具体过程为：细菌黏附和侵袭黏膜上皮细胞;进入宿主体内后逃避宿主的防御反应抵抗巨噬细胞的吞噬作用和血清补体系统的非特异性杀菌作甩在宿主体内增殖并对宿主的组织或器官造成损伤。H.parasuis对宿主的致病性是由该菌的各个毒力因子和相关毒力因子的免疫原性激发机体免疫机制引起的[10]。现已发现该病原菌可能的毒力相关因子有：荚膜、菌毛、脂多糖、外膜蛋白及酶类等。
4BBF对H.parasuis致病机制的影响
4.1免疫逃避作用
BBF对于机体来说是异物，可刺激机体产生相应的抗体，产生的抗体却无法有效的清除膜内的细菌。抗体与可溶性抗原结合后可形成抗原一抗体免疫复合物，沉积在感染病灶周围，吸引大量的炎症细胞趋化，吞噬细胞虽能释放各种裂解酶和炎性因子，但无法对BBF发生吞噬作用或吞噬效率非常低下，从而引起宿主严重的免疫损害[11]。H.parasuis包裹于膜内使其毒力降低，但膜内菌可从BF中游离出来，感染临近组织造成急性感染。荚膜是BBF形成的重要因素，而荚胰还可模拟宿主体内的成分以逃避免疫识别[12]。因此，封锁于膜内的H.parasuis可以逃避宿主免疫系统的清除。
4.2对抗菌素的耐药性
由于BF细菌与浮游菌有所不同，其耐药性也不一样，这与BF的特殊结构和性质有关。BF包裹的膜内微环境发生变化，导致膜内细菌的生长特性也随之改变。膜内深处的细菌处于厌氧环境，其生长处于停滞状态。目前大多数的抗菌药物是针对生长期的需氧菌，而对于膜内停滞期的厌氧菌作用不明显[6]。随着胰内营养物质的耗尽，其酸性代谢产物会在局部积聚，导致膜内的酸碱度和渗透压发生改变，这些因素的改变都将可能增强膜内菌对抗菌素的耐药性[6，13]。BF产生的胞外多糖可将细菌包裹形成一道天然屏障，可有效阻止一些抗生素进入，以削弱抗菌素对胞内菌的杀伤作用[1，14]。但BBF的屏障作用并不是BF耐药的主要机制，需由多个机制相互参与从而产生耐药性。
4.3利于菌株定植
H.parasuis的主要毒力因子是菌毛、鞭毛、荚膜、多糖、外膜蛋白及酶类等，其中多糖又可分为脂多糖和荚膜多糖等，均存在于BF基质中。黏附和侵入黏膜上皮细胞是H.parasuis引起感染的最关键的一步。BF的产生有助于菌株在黏膜上皮细胞的定植，甚至改变细菌的黏附能力，但对系统性入侵的H.parasuis而言却并非必要的。强毒力的菌株在体外还能够更有效的产生BF。因此，BBF的形成有利于H.parasuis在宿主内定植并致病。 5小结
细菌生物膜对H.parasuis致病性的影响主要表现在以下几个方面：①BF中的多糖基质可将细菌包裹起来，避免机体免疫系统的免疫清除，使得宿主所产生的特异性抗体及吞噬细胞等对细菌的攻击难以奏效，这将影响机体的免疫功能而使其致病。②抗菌素对BBF有一定的影响，但膜内的细菌却不易被抗菌素完全杀灭，一旦药物停用后，膜内幸存的耐药菌株可迅速重新生成BF引起宿主致病。因此，BBF不仅是细菌存在于自然界的一种重要的生存方式，而且还是细菌重要耐药机制和对抗动物体内的免疫清除作用的重要原因之一，这对动物的健康造成很大的危害。
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