豚鼠氣單胞菌研究進(jìn)展

袁中華,宋海超,劉俊彤,康元環(huán),孫武文,單曉楓

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130118)

近年來(lái),豚鼠氣單胞菌(Aeromonascaviae)的報(bào)道病例顯著增加,已成為一種人、動(dòng)物和水生生物共患的常見(jiàn)致病菌[1]。其廣泛存在于淡水、海水、污水、土壤、淤泥中,在一定條件下會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生致病性[2]。目前,關(guān)于感染豚鼠氣單胞菌(A.caviae)的報(bào)道主要涉及到人類感染導(dǎo)致的敗血癥、傷口感染、壞死性筋膜炎、腹膜炎和胃腸炎等[3-4],但多為免疫力低下、傷口感染等條件致病而不是急性致病,還可引起經(jīng)濟(jì)型水生、陸生動(dòng)物致病,如鯉、鯽、蝦出血性敗血癥,藍(lán)狐肌肉潰瘍、拉稀脫水死亡等,給養(yǎng)殖業(yè)造成了損失[5]。本文對(duì)豚鼠氣單胞菌的分類地位、病原學(xué)、臨床特征、流行現(xiàn)狀以及致病機(jī)理的最新研究進(jìn)行概述,旨在為其防治及研究提供參考。

1 豚鼠氣單胞菌概述

1.1 分類地位

豚鼠氣單胞菌(A.caviae)屬于氣單胞菌科氣單胞菌屬,為革蘭氏陰性桿菌。豚鼠氣單胞菌的分類開(kāi)始就比較混亂,且氣單胞菌(Aeromonas)其屬的種類鑒定也在不斷的更新變化。在1974年《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》第8版中Aeromonas被分為嗜水氣單胞菌(Aeromonashydmphila)、斑點(diǎn)氣單胞菌(Aeromonaspanctata)和殺蛙氣單胞菌(Aeromonassalmonicida)3個(gè)種,而豚鼠氣單胞菌(A.caviae)則屬于斑點(diǎn)氣單胞菌中的亞種[6]。1984年,Popoff等人根據(jù)氣單胞菌的嗜鹽特性和DNA雜交將氣單胞菌分為嗜冷型無(wú)動(dòng)力的殺蛙氣單胞菌群和嗜溫型有動(dòng)力的嗜水氣單胞菌群,豚鼠氣單胞菌(Aeromonascaviae)被歸于嗜溫型有動(dòng)力的嗜水氣單胞菌群。隨著遺傳學(xué)的不斷發(fā)展,在1994年,Holt J G等[7]綜合豚鼠氣單胞菌的分類,最后在《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》第9版中確定了豚鼠氣單胞菌的分類地位,將嗜溫有動(dòng)力氣單胞菌分類為嗜水氣單胞菌群、溫和氣單胞菌群和豚鼠氣單胞菌群,豚鼠氣單胞菌是豚鼠氣單胞菌群的豚鼠氣單胞菌種,并得到了業(yè)界認(rèn)可。

1.2 主要特性

豚鼠氣單胞菌為需氧兼性厭氧革蘭氏陰性桿菌,兩端鈍圓呈短桿狀。直徑大小為0.3～1.0 μm,長(zhǎng)為1.0～3.0 μm。豚鼠氣單胞菌不產(chǎn)生芽孢,為極生單鞭毛,鞭毛長(zhǎng)度是體長(zhǎng)的2～3倍。豚鼠氣單胞菌在5～40 ℃的溫度范圍內(nèi)都能夠生長(zhǎng),但最適生長(zhǎng)繁殖溫度為28～31 ℃,最適pH為7.2,最適的鹽濃度為0.5 % 左右[1]。在大豆酪蛋白瓊脂培養(yǎng)基(trypticase soy agar medium,TSA)上形成直徑1～3 mm的圓形、隆起、灰白色不透明菌落[8];在血瓊脂平板上呈淺灰色,部分有β溶血環(huán);在鑒別培養(yǎng)基RS平板上形成深黃色菌落。豚鼠氣單胞菌的生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求不高,但一些物質(zhì)能顯著影響其生長(zhǎng):如豚鼠氣單胞菌在固相時(shí)鈣和鎂離子、巰基化合物、二硫蘇糖醇等能夠提高其β溶血素的產(chǎn)生;L-半胱氨酸、EDTA可以降低其外毒素的表達(dá);高含鐵的培養(yǎng)基能提高溶血素的含量;鐵的化合物卻能夠抑制豚鼠氣單胞菌的生長(zhǎng)。

1.3 臨床特征

豚鼠氣單胞菌在自然界中廣泛分布,特別是水體和土壤中[2]。豚鼠氣單胞菌常通過(guò)飲水和帶菌食物感染人發(fā)病,甚至引起死亡,還可感染多種免疫力低下或有創(chuàng)傷的水生及陸生動(dòng)物而引發(fā)疾病,給水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明,豚鼠氣單胞菌能夠引起草魚(yú)、鯉魚(yú)、鯽魚(yú)、鱸魚(yú)、甲魚(yú)等多種經(jīng)濟(jì)型水生動(dòng)物發(fā)病[8-9],大部分表現(xiàn)為鰭部充血、魚(yú)鱗脫落、體表潰爛,腹腔內(nèi)充滿渾濁液體,腸道呈卡他性腸炎,有些呈急性發(fā)病,肉眼未見(jiàn)明顯癥狀就已死亡。此外,豚鼠氣單胞菌還對(duì)其他的水生生物致病,如感染蝦會(huì)出現(xiàn)鰓絲腫脹,出現(xiàn)黑斑,蝦體、足須發(fā)紅,有些頭胸部積液,肝胰腺腫大腐爛,并且大量死亡[10];甲魚(yú)感染后出現(xiàn)精神委頓,腹部和四肢皮膚充血,多數(shù)表現(xiàn)裙邊皺縮,嚴(yán)重的四肢皮膚腐爛,剖檢見(jiàn)輕度腐爛崩解狀腹膜出血,肝臟呈土黃色。此外,豚鼠氣單胞菌還可感染一些陸生動(dòng)物,相關(guān)研究表明豚鼠氣單胞菌可使紅嘴鷗機(jī)體消瘦,蹼的趾關(guān)節(jié)有顆粒樣腫大,不能站立,有的突然死亡。小月齡藍(lán)狐后肢肌肉深部潰瘍,頻繁出現(xiàn)尿濕、拉稀便繼而脫水死亡的癥狀[1];林麝感染易猝死,可見(jiàn)內(nèi)臟器官出血、肝臟發(fā)黑、直腸有出血點(diǎn)[11];蛇感染也會(huì)鱗片下皮膚起泡,遍布全身,泡內(nèi)容物初期透明后為淡黃色黏稠狀半固體。豚鼠氣單胞菌除了感染動(dòng)物和水生生物外,還可引起人胃腸炎、敗血癥、傷口感染、尿路感染、肝膽胰腺感染、角膜炎等,多數(shù)表現(xiàn)為發(fā)熱、腹瀉、胸悶、乏力、精神不振等,嚴(yán)重者引起其他并發(fā)癥導(dǎo)致死亡[6]。

2 豚鼠氣單胞菌國(guó)內(nèi)外流行現(xiàn)狀

豚鼠氣單胞菌通過(guò)食源、水源、動(dòng)物體等多種途徑傳播,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)豚鼠氣單胞菌報(bào)道的流行病例也逐漸增多,主要集中在公共衛(wèi)生領(lǐng)域和水產(chǎn)養(yǎng)殖疾病,引起了人們的重視。

2.1 人類流行現(xiàn)狀

目前,國(guó)內(nèi)外均有豚鼠氣單胞菌在人類的相關(guān)報(bào)道。在日本,豚鼠氣單胞菌已被列為菌血癥病例中常見(jiàn)的病原體,僅神奈川縣東野和卡吉加雅東野兩家醫(yī)院1994-2010年就接收36例氣單胞菌菌血癥患者,其中有18例為豚鼠氣單胞菌感染[12]。2014年以色列國(guó)內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了首例豚鼠氣單胞菌感染患者,并引起了衛(wèi)生部門(mén)的重視[13]。還有報(bào)道表明2004年巴西伯南布哥州圣本多烏納暴發(fā)的急性腹瀉也由豚鼠氣單胞菌引起[14]。豚鼠氣單胞菌流行感染不僅在國(guó)外經(jīng)常報(bào)道,國(guó)內(nèi)也常有發(fā)生。豚鼠氣單胞菌常引起人的腸胃炎,如濰坊市某學(xué)校48人出現(xiàn)腹瀉,醫(yī)院確診為豚鼠氣單胞菌感染;蘇州市某酒家在辦席后47人發(fā)生腹痛腹瀉,經(jīng)診斷由豚鼠氣單胞菌引起;王意銀等[15]在云南邊防部隊(duì)群體腹瀉患者標(biāo)本中檢出8株豚鼠氣單胞菌。其次在肝膽胰腺科也有豚鼠氣單胞菌的報(bào)道,如河南省人民醫(yī)院2015-2019年接收的41例豚鼠氣單胞菌感染中就有15例[16];某三級(jí)醫(yī)院62例豚鼠氣單胞菌感染患者中就有12例是肝膽胰腺科[17]。另外,還有少量分布于呼吸科等,如北京豐臺(tái)醫(yī)院統(tǒng)計(jì)的210例肺部嚴(yán)重感染患者中有11例是豚鼠氣單胞菌引起的菌血癥[18];某院血液凈化中心發(fā)生3例豚鼠氣單胞菌感染病例[19]。豚鼠氣單胞菌容易發(fā)生在自身抵抗力差、有免疫功能缺陷的患者中,通過(guò)飲水、帶菌食物或外界感染,輕則不適,嚴(yán)重的導(dǎo)致死亡。

2.2 動(dòng)物及水生生物流行現(xiàn)狀

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),有關(guān)豚鼠氣單胞菌感染引起的病例較多,給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失,在國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道較多。從2000-2019年研究的報(bào)道來(lái)分析,豚鼠氣單胞菌感染暴發(fā)的疾病多發(fā)生在草魚(yú)、鯉魚(yú)、鯰魚(yú)、金魚(yú)、鱸魚(yú)等。如何永龍等[2]在江蘇省某養(yǎng)殖場(chǎng)大量死亡的草魚(yú)體內(nèi)分離到病原菌豚鼠氣單胞菌;韓英等從患出血病鯉魚(yú)的肝臟和心、血中分離到豚鼠氣單胞菌;吉莉莉[20]研究發(fā)現(xiàn)豚鼠氣單胞菌是四川、重慶等地暴發(fā)南方鯰魚(yú)傳染病的病原菌,豚鼠氣單胞菌感染還暴發(fā)于金魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng)、鱸魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng)[8]。除此之外,蝦、甲魚(yú)、泥鰍、蟹等經(jīng)濟(jì)型水生動(dòng)物對(duì)豚鼠氣單胞菌也易感。如從華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)養(yǎng)殖基地[21]、上海天億養(yǎng)殖基地和上海某養(yǎng)殖場(chǎng)[10]采集的病蝦中都分離出了病原菌豚鼠氣單胞菌;發(fā)生敗血癥死亡的甲魚(yú)、養(yǎng)殖場(chǎng)發(fā)病的泥鰍也為豚鼠氣單胞菌感染。在國(guó)外,豚鼠氣單胞菌也可引起印度鯰魚(yú)[22]發(fā)病,對(duì)坦巴基魚(yú)[23]和銀鯰魚(yú)[24]致病,導(dǎo)致尼羅羅非魚(yú)[25]死亡等。

豚鼠氣單胞菌作為魚(yú)類的一種重要病原體受到廣泛關(guān)注,而豚鼠氣單胞菌不僅感染水生生物,在陸生動(dòng)物體也可以分離到豚鼠氣單胞菌病原菌。如從淮安市動(dòng)物園病死的羊駝、西安市動(dòng)物園熊貓的血便、急性出血性敗血癥的中國(guó)豹[26]、圈養(yǎng)猝死的林麝[11]、遼寧鞍山養(yǎng)殖場(chǎng)患病的狐貍[1]中都分離出了病原菌豚鼠氣單胞菌。

3 致病機(jī)理研究進(jìn)展

豚鼠氣單胞菌廣泛存在于自然界,大部分為非致病性菌株,但有較強(qiáng)致病性的菌株可引起疾病的發(fā)生,在國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)的報(bào)道。有研究表明,病原菌對(duì)機(jī)體形成致病包括,黏附、入侵和溶解[27],由此推測(cè)豚鼠氣單胞菌可能有相同的致病機(jī)制。剛開(kāi)始有少量豚鼠氣單胞菌致病菌黏附于動(dòng)物皮膚或腸道,當(dāng)動(dòng)物機(jī)體免疫力降低[27]表面有創(chuàng)傷時(shí),細(xì)菌就會(huì)趁機(jī)破壞皮膚或腸道黏膜侵入,大量繁殖,形成生物膜,成聚集性黏附模式。豚鼠氣單胞菌在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物,包括各種胞外酶和外毒素等,具有很強(qiáng)的溶血活性和細(xì)胞毒性[28],已知胞外產(chǎn)物中有腸毒素、溶血素、蛋白酶、脂肪酶等。腸毒素是能引起腸道病變的毒素,其結(jié)合到腸上皮細(xì)胞后,立即激活了細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶,使細(xì)胞中的環(huán)磷酸腺苷濃度升高,導(dǎo)致細(xì)胞分泌大量腸液,出現(xiàn)稀便等癥狀,但豚鼠氣單胞菌的胞外酶致病機(jī)制尚未明確,推測(cè)此機(jī)制可能和氣單胞菌胞外產(chǎn)物致病機(jī)制相似,認(rèn)為脂肪酶、淀粉酶等胞外酶分解宿主的組織,為細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),蛋白酶、磷酸酶破壞宿主膜系統(tǒng),使細(xì)胞與組織間的通透性增加,細(xì)菌擴(kuò)散速度加快,可能導(dǎo)致全身性感染,蛋白酶等分解蛋白成分。其中溶血素作為病原菌的一種毒力因子在細(xì)菌致病性和病理?yè)p傷機(jī)制上發(fā)揮著重要的作用,目前發(fā)現(xiàn)豚鼠氣單胞菌、嗜水氣單胞菌、溫和氣單胞菌等病原菌都能分泌強(qiáng)毒性的溶血素[29]。溶血素是對(duì)宿主細(xì)胞具有毒性、溶血性的可溶性蛋白質(zhì),溶血性表現(xiàn)為α或β溶血,它能使動(dòng)物紅細(xì)胞大量溶解,載氧量降低,導(dǎo)致機(jī)體貧血、缺氧,并協(xié)同其他胞外產(chǎn)物對(duì)機(jī)體組織結(jié)構(gòu)造成廣泛性損傷,導(dǎo)致各器官的功能降低,甚至喪失,最后引起死亡。

在豚鼠氣單胞菌感染的研究中,動(dòng)物的肝、腎、脾腫大、皮膚損傷和肝臟能量代謝障礙都有直接關(guān)系[30]。一些證據(jù)表明脂質(zhì)過(guò)氧化和蛋白質(zhì)羰基化水平的增加,以及肝臟抗氧化狀態(tài)的損害,與氣單胞菌感染的疾病病理和臨床癥狀相關(guān)[31]。此外,海鱒魚(yú)被自然感染氣單胞菌后,誘導(dǎo)氧化應(yīng)激并損害肝臟抗氧化防御系統(tǒng),證實(shí)了氧化應(yīng)激參與潰瘍性皮膚壞死的發(fā)病機(jī)制[32]。在這些致病機(jī)制過(guò)程中,細(xì)菌的侵襲與繁殖會(huì)對(duì)動(dòng)物體的致病力逐漸增強(qiáng),可形成很強(qiáng)的傳染性,可能導(dǎo)致動(dòng)物群體發(fā)病。

4 預(yù)防和治療

豚鼠氣單胞菌可導(dǎo)致人和動(dòng)物發(fā)生多種疾病,其宿主分布比較廣泛,為了預(yù)防疾病的發(fā)生,應(yīng)提前進(jìn)行防控、切斷傳播途徑,這是病原控制的關(guān)鍵。目前,關(guān)于細(xì)菌防治的方法有很多,包括滅活疫苗、口服疫苗、蛋白疫苗、抗菌藥物等,在實(shí)際的操作中抗菌藥物防治比較常見(jiàn),因?yàn)槭袌?chǎng)上抗菌藥物種類繁多,用藥者用藥不規(guī)范的行為,導(dǎo)致細(xì)菌耐藥現(xiàn)象的產(chǎn)生、嚴(yán)重污染水體、動(dòng)物體內(nèi)造成殘留的現(xiàn)象,所以在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照說(shuō)明以及國(guó)家抗菌藥物使用規(guī)定用藥[33]。豚鼠氣單胞菌的來(lái)源和研究方法不同,其敏感性和耐藥性也有所差異,綜合來(lái)看豚鼠氣單胞菌對(duì)頭孢曲松、氯霉素、慶大霉素、氟苯尼考、四環(huán)素、氟嗪酸、多西環(huán)素等藥物有較高的敏感性,對(duì)諾氟沙星、氨芐青霉素、阿奇霉素、環(huán)丙沙星、紅霉素、復(fù)方新諾明、新生霉素、鏈霉素、利福平等藥物有不同程度的耐藥[34]。因此,在病原菌的防治過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,參考藥敏結(jié)果,在允許使用的情況下科學(xué)選用抗菌藥物進(jìn)行防治。

5 小結(jié)與展望

豚鼠氣單胞菌作為一種條件性致病菌,在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究仍較少,主要集中在臨床繼發(fā)感染病例的研究報(bào)道,還需加大對(duì)菌株的致病性、胞外產(chǎn)物的研究。而豚鼠氣單胞菌的胞外產(chǎn)物在致病過(guò)程中發(fā)揮重要作用,其致病機(jī)理尚不完善,不管是單一致病因子還是多種致病因子聯(lián)合,均需要進(jìn)一步驗(yàn)證,這些對(duì)疾病的發(fā)生和防治都有重要作用。最近,筆者及實(shí)驗(yàn)室課題組從查干湖患病鰱魚(yú)體分離出的豚鼠氣單胞菌及其胞外產(chǎn)物進(jìn)行研究,并進(jìn)一步探究其致病機(jī)制,相信通過(guò)我們的努力,其致病機(jī)制將會(huì)更加完善,為今后在疾病上的防治及應(yīng)用提供理論依據(jù)。