豬腸型大腸桿菌病的發(fā)病機(jī)制（綜述）

賈良梁 陳建康 羅靜如

摘 要：豬腸道感染腸毒性大腸桿菌（Enterotoxigenic E.coli，ETEC）會(huì)造成養(yǎng)豬場(chǎng)重大經(jīng)濟(jì)損失。掌握豬腸型大腸桿菌病的流行病學(xué)、診斷方法和控制措施對(duì)攻克該病至關(guān)重要。造成新生仔豬大腸桿菌病的ETEC通常攜帶F4菌毛（K88）、F5菌毛（K99）、F6菌毛（987P）或F41菌毛，而造成斷奶仔豬腹瀉的ETEC攜帶F4菌毛（K88）和F18菌毛。這些菌毛能夠附著到豬腸腔刷狀緣上皮細(xì)胞（腸上皮細(xì)胞）的特異性受體上，由此開啟腸遙感染的進(jìn)程。在完成這一定植后，該菌會(huì)產(chǎn)生一種或多種能夠引發(fā)仔豬腹瀉的腸毒素，如熱穩(wěn)定腸毒素a （Heat StabLe Toxin a，STa）、熱穩(wěn)定腸毒素b（Heat Stable Toxin b，STb）和熱不穩(wěn)定毒素（Heat Labile Toxin，LT）。業(yè)已證明，這些毒素對(duì)該病的發(fā)生起到一定作用。腸型大腸桿菌病的診斷基于致病性大腸桿菌的分離和定量，外加通過PCR方法證實(shí)存在編碼毒力因子（菌毛和毒素）的基因。腸型大腸桿菌病的診斷方法必須考慮到鑒別診斷和可能與疾病暴發(fā)有關(guān)的各種潛在病因。

在控制大腸桿菌病的各種方法中，抗菌劑或抗生素得到人們的普遍采納，人們主要使用抗生素來防止疾病的發(fā)生并治療病豬。

腸型大腸桿菌病的精確診斷需要有一個(gè)合適的樣本，以便利用半定量細(xì)菌學(xué)方法對(duì)引起該病暴發(fā)的ETEC進(jìn)行分離和定量?；诔霈F(xiàn)的典型病變、細(xì)菌學(xué)檢測(cè)結(jié)果以及確定特定致病因子來鑒定分離大腸桿菌。確認(rèn)診斷結(jié)果和進(jìn)行藥敏試驗(yàn)具有重要意義，因?yàn)椴煌竽c桿菌分離株對(duì)抗菌劑的敏感性差異巨大。消費(fèi)者對(duì)抗菌劑耐藥性關(guān)注的增加，迫使養(yǎng)豬生產(chǎn)者更加理性地使用抗生素，這可以通過正確認(rèn)識(shí)與抗生素療法以及操作者和農(nóng)場(chǎng)主對(duì)抗生素使用有關(guān)的問題來實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：大腸桿菌病;腸毒性大腸桿菌;豬;腹瀉;診斷;控制

中圖分類號(hào)：S855.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C

文章編號(hào)：1001-0769（2018）10-0001-05

大腸埃希氏桿菌（Escherichia coli）是一種周身覆蓋有菌毛、鞭毛的革蘭氏陰性細(xì)菌，屬于腸桿菌科，是眾多豬病中的一個(gè)病原[如新生仔豬腹瀉和斷奶仔豬腹瀉（Post-weaning Diarrhoea， PWD）]，這是造成全世界范圍內(nèi)哺乳仔豬和斷奶仔豬死亡的重要病因。

腸型大腸桿菌病的2個(gè)主要病原是：腸毒性大腸桿菌（EnterotoxigenicE.coli，ETEC）和腸道致病性大腸桿菌（Enteropathogenic E.coli， EPEC）.ETEC是豬大腸桿菌病中最重要的病變型，包括不同的致病型別（Virotype，該術(shù)語(yǔ)用于描述那些具有不同的毒素和菌毛組合的菌株）。因ETEC感染造成新生仔豬和斷奶仔豬暴發(fā)腹瀉通常會(huì)影響大部分的仔豬，并且經(jīng)常會(huì)在同一豬群中周期性地發(fā)生，因此需要采用高成本的控制措施。因發(fā)病豬死亡或增重減少以及增加治療、疫苗和飼料添加劑成本，腸型大腸桿菌病可能會(huì)對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)疫病的嚴(yán)重程度，據(jù)估計(jì)斷奶仔豬腹瀉造成的損失為每頭母豬40歐元～314歐元。ETEC有菌毛，因而可附著在腸上皮細(xì)胞上，并會(huì)產(chǎn)生一種或多種能夠引發(fā)分泌性腹瀉的腸毒素（表1），在全球養(yǎng)豬業(yè)中造成一些最為嚴(yán)重的疾病，如新生仔豬大腸桿菌病和斷奶仔豬腹瀉。

常用于預(yù)防和控制新生仔豬大腸桿菌病的措施應(yīng)當(dāng)以減少環(huán)境中的致病大腸桿菌數(shù)量為目的，采取衛(wèi)生措施和場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)外的生物安全措施。維持適宜的環(huán)境條件和仔豬高水平的免疫力，依靠母乳免疫和母豬接種抗ETEC F4（K88）、F5 （K99）、F6 （987P）并口F41的疫苗，可降低發(fā)生該病的風(fēng)險(xiǎn)。

多種手段已經(jīng)被應(yīng)用于預(yù)防ETEC造成的斷奶仔豬腹瀉，包括用特異性抗體進(jìn)行被動(dòng)免疫、飼料添加劑（如益生元和益生菌）和日糧預(yù)防手段、培育抗ETEC的豬種以及口服非產(chǎn)毒性大腸桿菌活疫苗。

雖然上述方法中的一些對(duì)預(yù)防新生仔豬和斷奶仔豬大腸桿菌病已經(jīng)顯示出有一定的應(yīng)用前景和成效，但是通過非口服或口服途徑使用抗菌素仍然被經(jīng)常性地用于治療腸型大腸桿菌病。低劑量給豬口服抗生素有利于細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。通常用于治療腸型大腸桿菌病的抗菌劑必須選擇那些能夠在腸道內(nèi)到達(dá)治療濃度的藥物。最常用的是恩氟沙星、安普霉素、頭孢噻呋、新霉素、慶大霉素、阿莫西林/克拉呋酸、甲氧芐啶/磺胺和粘菌素。觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌尤其是會(huì)引發(fā)斷奶仔豬腹瀉的ETEC菌株，對(duì)阿布拉霉素、新霉素、磺胺甲氧芐啶和粘菌素的耐藥性己日益增強(qiáng)。

控制豬腸型大腸桿菌病需要了解所涉及大腸桿菌的病變型別和致病型別以及它們具有致病性的條件，從而采取正確的診斷手段以及預(yù)防和控制措施。為了得到可靠而準(zhǔn)確的診斷，處理大腸桿菌病暴發(fā)的關(guān)鍵要素是：診斷過程和診斷方法解釋標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)知識(shí)。

本文旨在闡述養(yǎng)豬生產(chǎn)者在面對(duì)ETEC造成的新生仔豬和斷奶仔豬腸型大腸桿菌病時(shí)會(huì)經(jīng)常問及的一些主要問題（這是本綜述的主題）、采用的診斷方法和特異性研究的解釋、基于抗生素療法的控制措施以及抗生素耐藥性對(duì)控制這些疾病的影響。

1 腸型大腸桿菌的發(fā)病機(jī)制

1.1新生仔豬腸型大腸桿菌病

造成新生仔豬大腸桿菌病的ETEC以動(dòng)物攝入的方式進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，在易感環(huán)境下和存在宿主因素時(shí)，其會(huì)在動(dòng)物腸道內(nèi)增殖，并通過特異性致病因子引發(fā)疾病。ETEC進(jìn)入仔豬體內(nèi)后的定植和增殖的程度決定此次感染是否會(huì)引發(fā)疾病。能夠造成新生仔豬腹瀉的ETEC擁有黏附素以及被稱為菌毛且鑒別為F4 （K88）、F5 （K99）、F6 （987P）和F41的表面蛋白（表1）。菌毛能夠幫助細(xì)菌黏附到小腸刷狀緣上皮細(xì)胞的特異性受體上。擁有菌毛抗原F4的ETEC在整個(gè)結(jié)腸和回腸中定植，而擁有菌毛抗原F5、F6和F41的ETEC大部分定植在結(jié)腸和回腸的后段。隨年齡的增長(zhǎng)，仔豬對(duì)擁有菌毛抗原F5、F6和F41的ETEC的易感性下降，并己發(fā)現(xiàn)與隨年齡增長(zhǎng)的仔豬腸道上皮細(xì)胞活性受體數(shù)量的減少有關(guān)。大多數(shù)能夠引發(fā)新生仔豬大腸桿菌病的ETEC菌株會(huì)產(chǎn)生熱穩(wěn)定性腸毒素（Heat Stable Toxin，ST），它會(huì)結(jié)合刷狀緣腸絨毛和隱窩腸上皮細(xì)胞上的鳥苷酸環(huán)氧化酶C糖蛋白受體，促進(jìn)環(huán)鳥甘酸（Cyclic Guanosine Monophosphate，cGMP）的產(chǎn)生，造成電解質(zhì)和體液的分泌。電解質(zhì)和體液的大量分泌會(huì)造成仔豬脫水和最終的死亡。代謝性酸中毒——被定義為全身pH下降的狀態(tài)——是新生仔豬大腸桿菌病的一種嚴(yán)重并發(fā)癥，起因是乳酸的產(chǎn)生。早期由酸中毒引發(fā)的大多數(shù)臨床癥狀，實(shí)際上是由血液中D-乳酸水平的升高造成的。D-乳酸血癥是由于小腸黏膜上皮損傷，細(xì)菌發(fā)酵的底物未能被消化而到達(dá)大腸引起的。酸中毒的呼吸代償會(huì)通過強(qiáng)力呼吸發(fā)生，但是這種機(jī)制因碳酸氫鹽緩沖系統(tǒng)的不足而迅速失效。

基于熱穩(wěn)定性腸毒素a（Heat StableToxin a，STa）受體的濃度和親和力，空腸后段似乎是對(duì)STa做出響應(yīng)的一個(gè)重要的分泌過渡場(chǎng)所。在新生仔豬腸型大腸桿菌病的發(fā)展過程中，被動(dòng)免疫起到了非常重要的作用。尤其是大多數(shù)新生仔豬的感染可以通過初乳和乳汁中的被動(dòng)免疫得到預(yù)防。因?yàn)镋TEC感染是非侵害性的胃腸道感染，黏膜免疫（或常乳免疫）而非初乳（或系統(tǒng)免疫）對(duì)戰(zhàn)勝該病很重要。接種了仔豬生活環(huán)境中的致病性大腸桿菌疫苗或接觸過該致病菌的母豬能夠產(chǎn)生含高濃度IgA的乳汁，因此該乳汁能夠防止ETEC在仔豬小腸中定植。因?yàn)槟冈匆呙缡欠强诜緩浇臃N的，因此接種的成功與否，尤其是對(duì)后備母豬而言，很大程度上取決于這些動(dòng)物的黏膜在早期與ETEC的接觸程度。如果母豬乳汁缺乏特異性抗體，或者仔豬沒有獲得足量的乳汁，那么它們對(duì)該病更易感。

1.2斷奶仔豬腸型大腸桿菌病

正如對(duì)新生仔豬大腸桿菌病所介紹的一樣，能夠引發(fā)斷奶仔豬腹瀉的大腸桿菌通過動(dòng)物的采食進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，并在適宜的易感環(huán)境和存在宿主因素時(shí)，它們會(huì)在腸道內(nèi)增殖，并通過特異性致病因子引發(fā)疾病。

感染斷奶后仔豬的ETEC菌株大多具有菌毛F4和F18，極少有例外?；诳乖牟町?，F(xiàn)4和F18這兩種菌毛有多種變種亞型。F4的變種ab、ac和ad已有報(bào)道，所有分離自斷奶仔豬腹瀉病例的菌株都屬于F4ac亞型。F18有兩種己知變種ab和ac。F18ab通常與引發(fā)水腫?。∣edemaDisease，OD）的菌株有關(guān)，而F18ac與引發(fā)斷奶仔豬腹瀉的菌株有關(guān)。

一種被鑒定為擴(kuò)散性粘連黏附素（Adhesin Involved in DiffuseAdherence，AIDA）的非菌毛黏附素與從患有斷奶仔豬腹瀉的斷奶仔豬中分離到的ETEC菌株有關(guān)，有證據(jù)表明其在用編碼熱穩(wěn)定性腸毒素b（Heat Stable Toxin b，STb）的大腸桿菌實(shí)驗(yàn)性誘導(dǎo)未采食初乳的新生仔豬發(fā)生腹瀉上發(fā)揮了致病作用。然而，腸道聚集性大腸桿菌耐熱性腸毒素 （Enteroaggregative E.coli HeatStable Toxin 1，EASTl）和AIDA在引發(fā)豬大腸桿菌病上的作用還有待研究人員闡明。感染斷奶仔豬的ETEC菌株可以產(chǎn)生以下一種或多種腸毒素：STa、STb、熱不穩(wěn)定腸毒素（Heat Labile Toxin，LT）以及EAST1。STa對(duì)新生仔豬大腸桿菌病的作用機(jī)理已經(jīng)得到闡明。和STa不同，STb不會(huì)改變cGMP，表明作用機(jī)理不同。STb結(jié)合到腸上皮細(xì)菌受體上會(huì)造導(dǎo)致Ca²⁺進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)十二指腸和空腸分泌水和電解質(zhì)。隨著STb中毒的發(fā)生，大量的Na⁺和Cl^2-蓄積在腸腔內(nèi)。此外，STb能夠刺激碳酸氫鹽（HCO₃^-）的分泌。

LT是一類重要的毒素——AB5族毒素中的一員。LT的兩個(gè)亞型LT I和LT II已經(jīng)進(jìn)行了介紹。LT I和LT II之間的差異很大程度上是由它們?cè)贐亞單位上的差異造成的。LT I可以分為L(zhǎng)T I h和LT I p，分別由人源和豬源的ETEC產(chǎn)生。業(yè)已證明，能夠表達(dá)LT的菌株在定植方面占有優(yōu)勢(shì)，在體外或體內(nèi)可以促進(jìn)ETEC的黏附。LT能夠持續(xù)激活細(xì)胞基底外壁的腺苷酸環(huán)化酶，導(dǎo)致電解質(zhì)和水過度分泌，造成動(dòng)物脫水。代謝性酸中毒是斷奶仔豬大腸桿菌病的一種并發(fā)癥，但是在出現(xiàn)循環(huán)衰竭前嚴(yán)重程度有限。

研究人員報(bào)道，從腹瀉仔豬中分離到的ETEC中發(fā)現(xiàn)了EAST1，然而EAST1在腹瀉形成上所起的作用尚未被闡明。

1.3腸道菌群

仔豬出生后，環(huán)境中和母豬身體上的微生物會(huì)迅速在其腸道管腔中定植，形成健康的腸道免疫系統(tǒng)及其未來發(fā)展的雛形。腸道菌群的特征是種群密度高、變異性廣以及在整個(gè)胃腸道中的相互作用復(fù)雜。對(duì)腸道菌群進(jìn)行的鑒定研究表明，從豬腸道中分離到的主要細(xì)菌群是鏈球菌屬、乳酸菌屬、普氏菌屬、月形單胞菌屬、光岡菌屬、巨型球菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、真細(xì)菌、擬桿菌屬、梭菌屬、氨基酸球菌屬和腸細(xì)菌。有趣的是，有報(bào)道稱有確鑿的證據(jù)表明，豬腸道菌在促進(jìn)宿主新陳代謝和糞便中細(xì)菌菌種的多樣性方面起著重要的作用，且它們隨時(shí)間變化的改變?nèi)Q于它們隨后對(duì)斷奶仔豬腹瀉的易感程度。胃和緊鄰的小腸（十二指腸）含有數(shù)目相對(duì)少的細(xì)菌（每克或毫升內(nèi)容物含l0³個(gè)～10⁵個(gè)），因?yàn)閜H較低，且/或消化糜快速地排空。相反，小腸末端定植著種屬差異大且數(shù)量更多（每克或毫升內(nèi)容物含10⁸個(gè)）的細(xì)菌群體。

隨著仔豬年齡的增加，腸道中其他大腸桿菌生化表型的平均數(shù)提高，仔豬糞便和豬場(chǎng)環(huán)境中的大腸桿菌數(shù)量是動(dòng)態(tài)變化的，且顯示出高水平的多樣性。

腸型大腸桿菌病的臨床表現(xiàn)顯然需要有致病性大腸桿菌的存在，但是也需要環(huán)境的變化和公認(rèn)的風(fēng)險(xiǎn)因素。Moredo等證明，ETEC陽(yáng)性非腹瀉豬的比例在哺乳階段為16.6%，保育階段是66%，育肥階段是17.3%。這些數(shù)據(jù)表明，正如Osek在1999年已經(jīng)報(bào)道的那樣，這些致病菌也可以通過健康動(dòng)物的糞便排出。

新生仔豬胃腸道的屏障功能還沒有像成年豬一樣發(fā)育成熟，因?yàn)樗鼈兊奈负懈遬H的內(nèi)容物，且對(duì)蛋白的水解能力低，同時(shí)因?yàn)槊庖邌栴}而依賴被動(dòng)免疫保護(hù)。據(jù)報(bào)道，1日齡仔豬小腸上皮細(xì)胞的再生時(shí)間為7 d～10 d;與此相比，3周齡仔豬為2 d～4 d。這一差異可能會(huì)促使新生仔豬對(duì)傳染性腸炎的感染更加敏感，因?yàn)樯掀ぜ?xì)胞的快速再生被視為清除受感染細(xì)胞的一種防御機(jī)制。綜上所述，所有這些情況再加上發(fā)病誘因的作用，導(dǎo)致初生仔豬對(duì)ETEC腸道感染易感。

斷奶后，仔豬腸道內(nèi)環(huán)境的改變主要是由日糧改變?cè)斐傻摹斐赡c道中初始菌群的組成發(fā)生了改變。健康豬腸道菌群中大腸桿菌菌株通常有很高的多樣性，而在發(fā)生腸型大腸桿菌病時(shí)，我們可以觀察到正常腸道菌群中的各種細(xì)菌之間的平衡發(fā)生了改變。這種情況會(huì)造成優(yōu)勢(shì)致病菌株的增殖，迅速達(dá)到每克內(nèi)容物含10⁹個(gè)細(xì)菌的巨大數(shù)量級(jí)。這就是為什么即使不是經(jīng)常性，也能屢屢利用從感染大腸桿菌的腹瀉豬中采集的樣本對(duì)致病性大腸桿菌進(jìn)行分離純化培養(yǎng)。

要正確解釋診斷結(jié)果，我們必須將這些信息考慮在內(nèi)。尤其是對(duì)診斷結(jié)果的評(píng)估，應(yīng)當(dāng)在同時(shí)考慮臨床癥狀和病理?yè)p傷兩方面的情況下做出，同時(shí)還要考慮屬于已經(jīng)鑒定病變型別和致病型別的致病性大腸桿菌分離株的數(shù)目。