(一)致病物质
1.定居因子(Colonizationfactor ,CF);也称粘附素(Adhesin),即大肠杆菌的菌毛。致病大肠杆菌须先粘附于宿主肠壁,以免被肠蠕动和肠分泌液清除。使人类致泻的定居因子为CFAⅠ、CTAⅡ(Colonization factor antigen Ⅰ、Ⅱ),定居因子具有较强的免疫原性,能刺激机体产生特异性抗体。
2.肠毒素:是肠产毒性大肠杆菌在生长繁殖过程中释放的外毒素,分为耐热和不耐热两种。
(1)大耐热肠毒素(Heatlabile enterotoxin, LT):对热不稳定,65℃经30分钟即失活。为蛋白质,分子量大,有免疫原性。由A、B两个亚单位组成,A又分成A1和A2,其中A1是毒素的活性部分。B亚单位与小肠粘膜上皮细胞膜表面的GM1神经节苷脂受体结合后,A亚单位穿过细胞膜与腺苷酸环化酶作用,使胞内ATP转化cAMP。当cAMP增加后,导致小肠液体过度分泌,超过肠道的吸收能力而出现腹泻。LT的免疫原性与霍乱弧菌肠毒素相似,两者的抗血清交叉中和作用。
(2)耐热肠毒素(Heatstable enterotoxin ,ST):对热稳定,100℃经20分钟仍不被破坏,分子量小,免疫原性弱。ST可激活小肠上皮细胞的鸟苷酸环化酶,使胞内cGMP增加,在空肠部分改变液体的运转,使肠腔积液而引起腹泻。ST与霍乱毒素无共同的抗原关系。
肠产毒性大肠杆菌的有些菌株只产生一种肠毒素,即LT或ST;有些则两种均可可产生。有些致病大肠杆菌还可产生vero毒素。
3.其他:胞壁脂多糖的类脂A具有毒性,O特异多糖有抵抗宿主防御屏障的作用。大肠杆菌的K抗原有吞噬作用。
(二)所致疾病
1.肠道外感染:多为内源性感染,以泌尿系感染为主,如尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎、上行性尿道感染多见于已婚妇女。也可引起腹膜炎、胆囊炎、阑尾炎等。婴儿、年老体弱、慢性消耗性疾病、大面积烧伤患者,大肠杆菌可侵入血流,引起败血症。早产儿,尤其是生后30天内的新生儿,易患大肠杆菌性脑膜炎。
2.急性腹泻:某些血清型大肠杆菌能引起人类腹泻。根据其致病机理不同,分为四种类型。
(1)肠产毒性大肠杆菌(EnterotoxigenicE. coli,ETEC):引起婴幼儿和旅游者腹泻,出现轻度水泻,也可呈严重的霍乱样症状。腹泻常为自限性,一般2~3天即愈。营养不良者可达数周,也可反复发作。致病因素是LT或ST,或两者同时致病。有些菌株具有定居因子,常见者为O6:K15:H16、O25:K7:H42。鉴定ETEC主要测定大肠杆菌肠毒素,血清型有一定参考意义。
(2)肠致病性大肠杆菌(EnteropathogenicE.coli,EPEC):是婴儿腹泻的主要病原菌,有高度传染性,严重者可致死;成人少见。细菌侵入肠道后,主要在十二指肠、空肠和回肠上段大量繁殖。切片标本中可见细菌粘附于绒毛,导致刷状缘破坏、绒毛萎缩、上皮细胞排列紊乱和功能受损,造成严重腹泻。EPEC不产生LT或ST。有人报道,EPEC可产生一种由噬菌体编码的肠毒素,因对Vero细胞(绿猴肾传代细胞)有毒性,故称VT毒素。VT毒素的结构、作用与志贺氏毒素相似,具有神经毒素、细胞毒素和肠毒素性。鉴定EPEC可根据临床表现与血清型。
EIEC的多数菌株无动力,生化反应和抗原结构均近似痢疾杆菌,应予注意。EIEC可引起豚鼠角结合膜炎,临床上可藉此协助鉴定EIEC。
(4)肠出血性大肠杆菌(EnterohemorrhagicE.coli,EHEC):引起散发性或暴发性出血性结肠炎,可产生志贺氏毒素样细胞毒素。EHCO的主要菌型是O157:H7,还可有O26、OⅢ等。
表9-2 引起急性腹泻的大肠杆菌
肠产毒性大肠杆菌 | 肠致病性大肠杆菌 | 肠侵袭性大肠杆菌 | 肠出血性大肠杆菌 | |
感染部位 | 小肠 | 小肠 | 大肠 | 大肠 |
腹泻类型 | 水泻 | 水泻 | 痢疾样 | 血性腹泻 |
易感人群 | 婴儿,成人 | 婴儿 | 成人,儿童 | 各种年龄? |
分布 | 发展中国家(热带) | 世界各地 | 世界各地 | 北美、日本 |
流行病学 | 散发或暴发婴儿腹泻及旅游者腹泻 | 散发或暴发婴儿腹泻 | 散发或暴发,常见于年龄较大儿童 | |
致病机理 | LT、ST定居因子 | 细胞毒?定居因子 | 侵袭肠粘膜细胞 | 细胞毒? |
常见O血清型 | 6、8、15、20、25、27、78、148、159 | 2、26、44、55、86、111、114、119、125、126、127、128、142、146、158 | 28、29、112、124、136、143、144、152、164、167 | O157:H7 |
鉴定 | 测定LT、ST、检出定居因子血清型 | 血清型与临床表现 | 血清型测定细菌侵袭力 | 血清型 |
此外,肠粘附性大肠杆菌(EnteroadhesiveE.coli,EAEC)也可引起腹泻,但对其发病机理与血清型尚不了解。EAEC不侵入肠上皮细胞,不产生LT或ST,也无VT毒素。唯一特征是具有与Hep-2细胞(人喉上皮细胞癌细胞系)粘附的能力,故也称Hep-2细胞粘附性大肠杆菌。