第一节　创伤感染常见革兰阴性菌种类、结构特点及致病机制

一、创伤感染常见革兰阴性菌种类

革兰阴性菌种类多，根据形状不同可分为球菌和杆菌。最常见的为大肠埃希菌，它和沙门菌、志贺菌、霍乱弧菌、变形杆菌、沙雷菌等均属于革兰阴性菌中的肠杆菌科；铜绿假单胞菌是临床常见的耐药革兰阴性杆菌，属于假单胞菌；另外还有肺炎克雷白菌、鲍曼不动杆菌、流感/副流感嗜血杆菌、布鲁菌、土拉弗朗西斯菌、鼠疫耶尔森菌、巴斯特菌、嗜肺军团菌、百日咳博德特菌、副百日咳博德特菌、副溶血性杆菌等也属于革兰阴性菌。

近年来研究发现，革兰阴性菌感染在创伤后感染中所占的比例逐渐增加，已成为创伤感染的主要病原菌。导致创伤创面感染的革兰阴性菌中，以大肠埃希菌最为常见，多见于腹部及会阴部创伤创面感染；鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌在院内创伤感染中比重较大，多见于四肢伤和腹部伤口感染，可来自病区环境管理、病员的交叉收治等，此外阴沟肠杆菌、奇异变形杆菌、痢疾志贺菌、伤寒沙门菌、霍乱弧菌等也占有一定的比例。

二、创伤感染常见革兰阴性菌结构特点及致病作用

（一）革兰阴性菌共同的结构特点

革兰阴性菌具有特殊的外膜层，包括脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）、脂质双层、脂蛋白（lipoprotein）三部分。脂多糖即革兰阴性菌内毒素（endotoxin），是革兰阴性菌的主要致病物质，其功能还包括：通过其所带负电荷吸附Mg2+、Ca2+等阳离子；具有抗原性；是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；具有选择性屏障功能。脂质双层结构类似细胞膜，为液态的脂质双层，中间镶嵌有一些特殊的蛋白质，其功能除进行细胞内外的物质交换外，还有通透性屏障的功能，可阻止大多数大分子物质和青霉素、溶菌酶等进入细胞，故革兰阴性菌比革兰阳性菌对溶菌酶、青霉素、去污剂及碱性染料等有更强的抵抗力。外膜蛋白（outer membrane protein，OMP）可作为噬菌体和性菌毛的受体，某些细菌的OMP还与致病性有关。脂蛋白由脂质和蛋白质构成，一端以蛋白质部分由共价键连接于肽聚糖4肽侧链上，另一端则以脂质部分经非共价键连接于外侧的磷脂上。

革兰阴性菌的细胞壁结构及肽聚糖结构与革兰阳性菌区别明显。革兰阴性菌细胞壁较薄，肽聚糖层数仅1～3层，厚度约10～15nm，含量也仅约占细胞壁干重的10%～20%，仅由多糖骨架和四肽侧链两部分组成；脂类含量比革兰阳性菌多，但糖类含量少于革兰阳性菌，无磷壁酸，因仅由多糖骨架（N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸经β-1，4糖苷键连接）和四肽侧链两部分组成，无革兰阳性菌的五肽交联桥结构，多数侧链呈游离状态，因此不如革兰阳性菌的肽聚糖坚固。

（二）常见革兰阴性菌的结构特点及致病作用

1. 大肠埃希菌（Escherichia coli）

（1） 结构特点：

属肠杆菌科埃希菌属，是临床最常见和最重要的革兰阴性杆菌。该菌为兼性厌氧，营养要求不高，多数菌株有周身鞭毛，能运动，有菌毛，无芽孢，对理化因素抵抗力不强。可产生大肠菌素（colicine），大肠菌素产生菌株对自身的细菌素有抗性，可用于大肠埃希菌的分型。大肠埃希菌主要有三种抗原：菌体O抗原、鞭毛H抗原和K抗原，是大肠埃希菌血清学分型的基础。O抗原存在于细胞壁脂多糖层，由重复的多糖单位所组成，其特异性多糖具有种属特异性。某些型别O抗原主要刺激机体产生IgM型抗体，与腹泻和泌尿道感染密切相关。H抗原存在于鞭毛上，可刺激机体产生IgG型抗体，与其他肠道菌基本无交叉反应。K抗原即荚膜抗原，个别位于菌毛中，位于O抗原的外层，为多糖，与细菌的侵袭力有关。

（2） 致病作用：

1） 肠道外感染：

大肠埃希菌在肠道内多数不致病，若移位至肠道外组织或器官则可引起肠道外感染。化脓性感染较常见，如肠穿孔导致的腹腔内感染、腹膜炎、阑尾炎、外伤后伤口感染及手术创口感染等，常伴脓毒症，约占革兰阴性菌引起的脓毒症的45%，死亡率高，尤其对婴儿、老人或免疫力低下者或原发感染为腹腔或中枢神经系统的患者；大肠埃希菌污染尿道后逆向上行至膀胱，甚至到肾脏和前列腺，导致尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎等泌尿系统感染，在大肠埃希菌导致的肠道外感染中最为常见；大肠埃希菌是婴儿中枢神经系统感染的主要致病菌，还可导致新生儿大肠埃希菌性脑膜炎，新生儿脑膜炎约75%大肠埃希菌新生儿脑膜炎分离株具有K1荚膜抗原，这一血清型在妊娠妇女和新生儿胃肠道中也普遍存在，其易于引起新生儿感染的原因尚不清楚。

2） 肠道感染：

某些大肠埃希菌血清型可引起人类胃肠炎，主要表现为腹泻，为外源性感染。根据其致病机制不同，可将致病性大肠埃希菌分为五种类型：①肠产毒素型大肠埃希菌（enterotoxigenic E. coli）是5岁以下婴幼儿和旅游者腹泻的重要病原菌。致病物质主要是黏附素和肠毒素，黏附素使细菌黏附到小肠上皮细胞上，细菌繁殖并产生肠毒素，肠毒素导致腹泻。临床症状可从轻度腹泻至严重的霍乱样腹泻；②肠致病型大肠埃希菌（enteropathogenic E.coli）是婴幼儿腹泻的主要病原菌。不产生肠毒素等外毒素，病菌在十二指肠、空肠和回肠上段黏膜表面大量繁殖，黏附于微绒毛，导致刷状缘被破坏、微绒毛萎缩、上皮细胞排列紊乱和功能受损，严重干扰对肠道中液体等的吸收功能而造成严重水样腹泻；③肠侵袭型大肠埃希菌（enteroinvasive E.coli）主要侵犯较大儿童和成人。不产生肠毒素，能侵袭黏附到结肠黏膜上皮细胞上，并进入细胞浆中增殖，导致黏膜炎症和溃疡发生，发热、腹痛、腹泻、脓血便及里急后重等。其侵袭力与质粒携带的侵袭性基因有关，该质粒与志贺菌携带侵袭性基因的质粒高度同源，症状也与细菌性痢疾相似，故易被误诊为细菌性痢疾；④产志贺毒素性大肠埃希菌（shigotoxin producing E.coli）又称肠出血型大肠埃希菌（enterohemorrhagic E.coli），为出血性结肠炎和溶血性尿毒综合征的病原体。病菌进入消化道后进入肠黏膜上皮细胞，阻止细胞蛋白质合成，破坏肠绒毛结构，引起肠液分泌的减少和液体分泌的相对增加。5岁以下儿童易感染，症状轻重不一，可为轻度水泻至伴剧烈腹痛的血便；⑤肠黏附性大肠埃希菌（enteroadherent E.coli）又称肠集聚型大肠埃希菌（enteroaggregative E.coli）。引起婴儿和旅游者持续性腹泻，脱水，偶有血便。致病物质主要是黏附素和毒素，感染导致微绒毛变短，单核细胞浸润和出血。细菌在细胞表面自动聚集，形成砖状排列，刺激黏液分泌，使细菌形成生物膜覆盖在小肠上皮上，产生的毒素主要为肠集聚耐热毒素。

2. 铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）

（1） 结构特点：

属非发酵革兰阴性杆菌。菌体细长且长短不一，有时呈球杆状或线状，成对或短链状排列。菌体的一端有单鞭毛，在暗视野显微镜或相差显微镜下观察可见细菌运动活泼。无芽孢，有荚膜，临床分离株常有菌毛。在自然界分布广泛，潮湿的环境是存在的重要条件。在普通培养基上生长能产生水溶性色素，使培养基呈带荧光的亮绿色，在血平板上则会有透明溶血环。该菌含有O抗原（菌体抗原）以及H抗原（鞭毛抗原）。O抗原包含两种成分：一种是其外膜蛋白，为保护性抗原；另一种是脂多糖，有特异性。O抗原可用作细菌分型。

（2） 致病作用：

铜绿假单胞菌为条件致病菌，是医院内感染的主要病原菌之一。患代谢性疾病、血液病、恶性肿瘤及术后或某些治疗后免疫受损的患者易感染，在医院感染中由该菌引起者约占10%，在烧伤病房可高达32%，是重症监护室（ICU）感染的第二位最常见的病原菌，也是呼吸机相关性肺炎的常见原因。常引起烧伤、创伤等皮肤黏膜受损部位的创伤及术后伤口感染，当机体局部或全身免疫功能下降时或长期使用免疫抑制剂的患者，感染可发生在手术切口或烧伤组织等任何组织和部位，主要表现为局部化脓性炎症；如在内镜检查、呼吸装置使用、留置导管等使用过程中被污染可引发下呼吸道感染、尿路感染等；感染病灶可沿血行散播，导致全身感染和脓毒症发生；也可引起中耳炎、角膜炎，是细菌性角膜炎最常见的病原菌；可从内耳、鼻窦等部位或通过头部创伤、手术、介入性诊断等途径侵入中枢神经系统，引起脑膜炎和脑脓肿；还可引起中耳炎、胃肠炎、骨髓炎、脓胸及婴儿严重的流行性腹泻等。烧伤后感染了铜绿色假单胞菌可造成死亡。除院内获得感染外，HIV感染者很容易在社区获得该菌的感染，而且一旦被铜绿假单胞菌感染，常可出现晚期HIV感染的体征。

3. 鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）

（1） 结构特点：

属奈瑟菌科的不动杆菌属，是需氧革兰阴性杆菌。外观多呈球杆状，常成对排列，有荚膜、菌毛，无芽孢、鞭毛。鲍曼不动杆菌的抵抗力强，即使在干燥的物体表面仍可存活25天以上，在医院环境中分布很广且可以长期存活，极易造成危重患者的感染，是医院感染的重要病原菌。常可从ICU及呼吸内科感染患者的呼吸道分泌物、脓液、血液及尿液等标本中分离出，尤其是老年、危重疾病、机体抵抗力弱以及使用各种侵入性操作和长期使用广谱抗生素治疗的患者，在非发酵菌中感染仅次于假单胞菌。

（2） 致病作用：

主要引起呼吸道感染，也可引起脓毒症、手术部位感染、泌尿系感染、继发性脑膜炎、呼吸机相关性肺炎等。手术切口、烧伤及创伤的伤口，均易继发不动杆菌皮肤感染，或与其他细菌一起造成混合感染，临床特点与其他细菌所致感染并无明显不同，多无发热，偶可表现为蜂窝织炎。该菌在医院的环境中分布很广且可长期存活，对危重患者和CCU及ICU中的患者威胁很大，故也将此类感染称作ICU获得性感染。由于鲍曼不动杆菌分布广泛，临床标本中分离到的菌株很难区分其是定植菌还是感染菌，因此很难确定其医院感染的实际发生率。

4. 志贺菌属（Shigella）

（1） 结构特点：

志贺菌属是人类细菌性痢疾的病原菌，统称痢疾杆菌。包括痢疾志贺菌（S. dysenteriae）、福氏志贺菌（S. flexneri）、鲍氏志贺菌（S. boydii）和宋内志贺菌（S. sonnei）4个群，在我国细菌性痢疾主要以福氏和宋内志贺菌引起感染为主。为革兰阴性的短小杆菌，无芽孢、无鞭毛、无荚膜，有些菌体周围有菌毛。在普通琼脂平板上培养可形成半透明的光滑性菌落，宋内志贺菌常出现扁平的粗糙型菌落。志贺菌属缺少H抗原，其抗原结构由O抗原和K抗原组成，生化反应和O抗原结构的差异是志贺菌属的分群依据。K抗原在分类上无意义，但可阻止O抗原与O抗体的结合。

（2） 致病作用：

志贺菌引起细菌性痢疾，有急性和慢性两种类型。经粪-口传播，传染源是患者和带菌者。痢疾志贺菌感染患者病情较重，宋内志贺菌多引起轻型感染，福氏志贺菌感染易转变为慢性。急性细菌性痢疾常有发热、腹痛、水样腹泻等症状，然后腹泻次数逐渐增多，并由水样腹泻转为黏液脓血便，伴有里急后重和下腹部疼痛等症状。急性中毒性菌痢多见于小儿，各型都能引起，常无明显的消化道症状而表现为全身中毒症状，内毒素可致微血管痉挛、缺血和缺氧，导致DIC、脑水肿和多器官衰竭，临床表现主要为高热、休克、中毒性脑病，可迅速发生循环和呼吸衰竭，死亡率较高。如急性细菌性痢疾治疗不彻底，造成反复发作，迁延不愈，病程在2个月以上者为慢性。其症状不典型者易被误诊而影响治疗。

5. 沙门菌属（Salmonella）

（1） 结构特点：

沙门菌属是一群寄生在人类和动物肠道中的革兰阴性杆菌，有肠道沙门菌（S. enterica）和邦戈沙门菌（S. bongori）两个种，肠道沙门菌又分为6个亚种，能感染人类的沙门菌血清型属第一亚种，即肠道沙门菌肠道亚种。沙门菌属种血清型宿主范围广泛，家畜、家禽、野生脊椎动物及节肢动物等均可带菌，但只有肠道亚种血清型对人有致病性，包括引起肠伤寒的伤寒血清型沙门菌、甲、乙型副伤寒血清型沙门菌以及引起人类感染的动物致病沙门菌，如猪霍乱血清型沙门菌、肠炎血清型沙门菌以及鼠伤寒血清型沙门菌，即人兽共患病原菌。本属菌为无芽孢，无荚膜的革兰阴性直杆菌。除鸡沙门菌外都有周身鞭毛，能运动，多数有菌毛。兼性厌氧，营养要求不高，在普通琼脂培养上即能生长。抗原结构主要由O抗原和H抗原组成，部分菌株有类似大肠埃希菌K抗原的表面抗原，与细菌的毒力有关，故称Vi抗原。

（2） 致病作用

1） 肠热症：

包括伤寒沙门菌引起的伤寒，甲型副伤寒沙门菌、乙型副伤寒菌、希氏副伤寒菌引起的副伤寒。伤寒和副伤寒的致病机制和临床症状基本相似，但副伤寒的病情较轻，病程较短。伤寒沙门菌被巨噬细胞吞噬后能在吞噬体中生存和繁殖。部分细菌到达肠系膜淋巴结大量繁殖后进入血流引起患者出现发热、不适、全身疼痛等前驱症状，细菌随血流进入肝、脾、肾、胆囊等器官并繁殖后再次入血，此时患者症状明显，全身中毒症状显著，出现玫瑰疹，外周血白细胞明显下降，并导致已致敏组织局部坏死和溃疡，严重的有出血或肠穿孔并发症。

2） 脓毒症：

在免疫功能正常的宿主中，沙门菌感染引起脓毒症不到10%，而艾滋病患者、儿童和有慢性疾患者则可高达45%。起病多急骤，以长期发热为主要特征，体温可高达40℃以上，伴反复寒战、头痛、厌食、体重下降，偶见脾大，部分患者可出现局部感染病灶。新生儿、婴儿的脑膜受侵犯后病死率可高，还可引起支气管肺炎、肺脓肿、脓胸、心包炎、心内膜炎、肾盂肾炎等。

3） 局部化脓感染：

常发生在肠道感染之后，出现一个或一个以上的局部化脓性病灶，亦可在发病前完全没有症状，常见致病菌是鼠伤寒沙门菌、猪霍乱沙门菌和肠炎沙门菌。化脓性病灶好发于缝线处、骨折处、组织器官移植处、动脉粥样硬化斑处以及有肿瘤处等原先有病变，或活力不强的部位，此时无胃肠炎或全身症状，仅有脓肿形成，并呈慢性化倾向，需靠病原菌检查以明确诊断。

4） 胃肠炎与食物中毒：

是最常见的沙门菌感染性疾病。以鼠伤寒、肠炎、猪霍乱、乙型及丙型副伤寒沙门菌为常见。急性起病，病情差异很大，轻症者仅为稀烂粪便，重症则呈暴发型伴迅速脱水，进而引起休克、肾衰竭，甚至迅速死亡。症状多在2～3日消失，偶可迁延至2周，病死率很少超过1%。血培养几乎均阴性，在急性期患者的粪便可培养出病原菌。胃肠炎开始后两周约有50%患者粪便培养仍为阴性，此型较常见的病原菌为鼠伤寒沙门菌。

5） 无症状带菌者：

约有1%～5%伤寒或副伤寒患者，在症状消失后1年仍可在其粪便中检出有相应沙门菌。这些菌留在胆囊中，成为伤寒和副伤寒病原菌的储存场所。其他沙门菌的带菌者仅不到1%，故在人类的感染中不是主要的传染源。

6. 霍乱弧菌（Vibrio cholerae）

（1） 结构特点：

属弧菌属，可引起急性烈性肠道传染病霍乱。典型形态为弧形或逗点状，革兰染色阴性，有菌毛和单鞭毛，运动活泼，但无荚膜，亦不形成芽孢，若取患者粪便直接涂片镜检，可见弧菌相互衔接、平行排列如“鱼群”状。该菌兼性厌氧，对营养要求不高，在选择培养基pH8.8～9.0的碱性琼脂上，呈细小、光滑、透明、无色的光滑型菌落。霍乱弧菌有两类抗原，即耐热的菌体O抗原和不耐热的鞭毛H抗原。根据O抗原的差异，现亦有155个血清群，其中引起霍乱的是O1群和O139群。

（2） 致病作用：

霍乱属于甲类烈性传染病，以剧烈腹泻呕吐、严重脱水、电解质紊乱为临床特征，严重者可因肾衰竭、休克而死亡。人类是霍乱弧菌的唯一易感者，传染源为患者及带菌者，细菌通过污染的水或食物经口摄入，因该菌对胃酸敏感，故经水摄入的细菌量需大于108～1010个；经食物摄入的细菌需大于102～104个方可造成感染，若胃内酸度降低，细菌的感染量可相应减少。细菌经胃到达小肠后，利用单鞭毛的运动穿过黏液层，依靠菌毛等黏附因子黏附定植在肠黏膜表面，在此迅速繁殖并产生肠毒素。潜伏期一般为1天左右，患者突然出现严重腹泻和呕吐，严重时每小时失水量可高达1升，腹泻物如米泔水样。大量的脱水和电解质丧失将导致外周循环衰竭、电解质紊乱和代谢性酸中毒，也可因肾衰竭、休克死亡。ELTor生物型引起的霍乱一般病情轻，死亡率低。病后一些患者可带菌，带菌时间一般不超过3～4周，有的可达数月。

三、革兰阴性菌常见致病因子的结构及致病机制

细菌侵入机体并在宿主体内定居、增殖并引起疾病的性质称为致病性，具有致病性的细菌称致病菌或病原菌。致病菌致病主要是通过细菌的产毒性和侵袭力实现，产毒性即细菌通过产生并释放细菌毒素损伤组织器官，革兰阴性菌产生的细菌毒素主要有内毒素和外毒素两种；侵袭力是细菌突破机体的能力的物质基础，包括细菌侵入机体并定位于某组织、在体内繁殖并向其他部位扩散和抵抗机体的防御功能的能力，主要涉及菌体的表面结构和释放的胞外蛋白和酶等，与革兰阴性菌侵袭力有关的结构包括细菌菌毛、微荚膜和侵袭素等，可通过影响革兰阴性菌的黏附与定植、繁殖和扩散、细菌逃逸几种机制导致疾病发生。

1. 脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）/内毒素（endotoxin）

是革兰阴性菌最主要的毒力物质，由脂类A（lipid A）、核心多糖和特异性O抗原三部分共价连接组成，只有当细菌死亡或人工破坏导致菌体裂解后才释放出来。其中Lipid A是LPS分子中最为保守的结构，无种属特异性，是LPS的生物学活性中心，LPS生物学活性的发挥是依赖Lipid A二糖骨架上带负电荷的磷酸基团与受体中带正电荷的氨基酸残基的结合而实现；核心多糖位于Lipid A的外层，具有属或组特异性，同一属或组细菌的核心多糖基本相同；特异性O抗原又称寡糖重复序列，位于脂多糖的最外层，由若干个重复的寡糖单位构成，不同种革兰阴性菌特异性寡糖的种类和排列顺序不同。

脂多糖耐热而稳定，160℃ 2～4小时才被破坏，或用强酸、强碱、强氧化剂及煮沸30分钟才被灭活；不能用甲醛溶液脱毒成为类毒素；抗原免疫性较弱，注射机体可产生相应抗体；中和作用较差，对组织细胞选择性不强。

肠道是人体最大的“储菌所”和“内毒素库”。健康状况下肠黏膜有严密的屏蔽功能，但在严重创伤、烧伤、休克和大手术等危重患者，肠黏膜屏蔽功能受损或衰竭，肠内致病菌和内毒素可经肠道移位进入门静脉系统和体循环，引起全身性感染和内毒素血症；内毒素能直接破坏肠黏膜上皮，造成黏膜下层炎症和毛细血管血栓形成，导致坏死、脱落、形成溃疡，出现黏液脓血便；内毒素还可作用于肠壁自主神经，导致功能紊乱，肠蠕动失调并痉挛，尤以直肠括约肌受累明显，因此发生腹痛、腹泻、里急后重等症状。

革兰阴性菌感染引发的LPS释放及肠源性LPS移位进入血液循环中是启动细菌感染性疾病及脓毒症的主要因素。LPS进入机体后，主要是通过特异性识别病原相关的分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）的模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）所介导，其中Toll样受体（TLR）家族成员TLR4是机体识别细菌LPS 的模式识别受体。研究证实，LPS介导的TLR4信号转导通路包括髓样分化蛋白88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依赖途径和MyD88非依赖途径。

MyD88依赖途径：通路的启动环节发生在细胞膜，LPS在与TLR4结合之前，需要先与LBP相结合，以及随后的胞膜锚定蛋白CD14分子的参与。LPS与单个核细胞膜上的脂多糖结合蛋白（LPS binding protein，LBP） 结合，经血液运输传递给单核-吞噬细胞和中性粒细胞上的锚定膜结合蛋白CD14，形成LPS/LBP/CD14复合体；然后LPS/CD14复合体再与TLR4结合，同时，Toll/IL-1受体家族胞浆区的接合蛋白MyD88分子通过与TLR4的TIR结构域相互作用形成复合物，再通过MyD88分子中的死亡结构域的同嗜作用募集IRAK（IL-1 receptor-associated kinase），并使结合在受体复合物上的相邻的IKAK相互磷酸化而激活，再通过IRAK与肿瘤坏死因子相关因子TRAF6 （tummor necrosis factor-associated factor 6）激活TAK1 （transforming growth factor-B-activated kinase-1）和MEKK1（MEK kinase 1），进而激活NIK（NF-κB inducing kinase）与IKK激酶，使IκB降解而活化NF-κB，同时JNK、P38等MAP激酶与PI-3K激酶也被激活，进而活化AP-1（activating protein-1）等转录因子，从而调节TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等细胞因子，黏附分子和炎症因子的转录表达，进而影响免疫与炎症反应（图4-1）。

MyD88非依赖性途径：通路的启动发生在早期内体内，TLR4的TIR结构域先与Toll样受体相关的干扰素活化因子TRIF（Toll/IL-1 domain containing adaptor inducing IFN-beta）相关的接头分子TRAM（TRIF-related adaptor molecule）结合，继而结合TRIF。TRIF可以直接结合TRAF6，使TAK1以一种不依赖于IRAKs的方式活化，导致IKK复合体的活化；TRIF也可先结合到受体相互作用蛋白1（receptor interacting protein 1），然后结合TRAF6导致IKK复合体的活化；TRIF还可以和TANK结合激酶1（TANK binding kinase 1）/IκB激酶ε（IKKε）相互作用诱导干扰素调节因子-3/7磷酸化和核转位，促进干扰素β（interferon beta，INF-β）和IFN诱导基因的表达并伴随NF-κB晚期活化。

2. 细菌DNA（bacterial DNA）

是细菌、分枝杆菌及其他原核生物的DNA中含有的一些具有免疫学活性的短核苷酸序列，最早由 Tokunaga于1984年在卡介苗提取物的抗肿瘤成分中发现，是卡介苗的有效成分。其结构中大多含有非甲基化的CpG结构，即CpG基序（CpG motif）。因此，将含有CpG基序的DNA序列称为CpG DNA。通过对比原核与真核生物基因组DNA序列发现，CpG基序在原核生物基因组DNA中以一定的频率随机存在，平均每16对二核苷酸出现一次；而在脊椎动物基因组DNA中，CpG出现频率较低，约50对二核苷酸出现一次，体现一种CpG抑制，并且在脊椎动物DNA中约有80%的胞嘧啶C5’位易于甲基化，而甲基化C5’易突变成胸腺嘧啶T。因此，在脊椎动物的基因组DNA中，CpG频率只有原核生物的1/20左右，机体可以此为基础辨别自身DNA与病原DNA，从而形成对病原体的特异性免疫防护。研究发现，只有含有未甲基化CpG为核心的特定六核苷酸序列的CpG DNA才具有刺激性，特征结构通常是5’-嘌呤-嘌呤-CG-嘧啶-嘧啶-3’。这些特定的六核苷酸既是脊椎动物免疫细胞特异性识别细菌DNA的结构基础，也是细菌DNA具有广泛免疫刺激效应的结构基础，被称为刺激性CpG基序（stimulatory CpG motif，CpG-S DNA）。还有部分CpG DNA对细胞的刺激活性较弱，并能对CpG-S DNA活化细胞有抑制作用，称为中和性CpG基序（neutralizing CpG motif，CpG-N DNA）。

CpG DNA通过内化进入细胞内，在内化之前需要与细胞表面结合，这种结合可能为膜受体介导。TLR9是识别哺乳动物单核/巨噬细胞识别细菌DNA的模式识别受体，其识别细菌DNA 的结构基础是未甲基化CpG 基元。CpG DNA通过TLR9进而活化免疫细胞的途径目前认为可分为两条，一条是MyD88途径，另一条是DNA依赖蛋白激酶（DNA-dependent protein kinase，DNA-PK）途径。

TLR9识别CpG DNA的部位与Toll样受体家族的其他成员相比不同，其识别CpG DNA不在细胞膜上而是在内体中完成的。CpG DNA首先被细胞内化入胞内形成早期内体（early endosome），随后CpG DNA被转运至晚期内体（late endosome）中；在内体的酸化环境中，DNA降解后，存在于内体膜上的TLR9直接结合CpG基元，完成识别过程；TLR9 的TIR域招募衔接蛋白MyD88，激活MyD88依赖的信号转导通路，活化核转录因子NFκB和AP1，导致细胞因子的大量释放。内化是CpG DNA激活TLR9信号转导通路的所必需的，影响内体中的酸化环境如氯喹等将直接抑制TLR9对CpG的识别（图4-1）。

DNA-PK通路也是CpG-mofif经TLR9活化细胞所必需，DNA-PK是磷酸肌醇激酶3家族的成员之一，CpG DNA活化胞内DNA-PK，继而直接磷酸化IKB激酶β，从而导致NF-κB释放。这个途径并不需要MyD88。到目前为止，CpG-motif是如何通过TLR9活化细胞仍然不是很清楚，可能是这几条通路互相联系，互相补充。一条是TLR9介导CpG-motif经过TLR-MyD88途径，活化NF-κB，在此途径中可能有DNA-PK的参与，另一条是CpG-motif与TLR9的复合物经内吞作用后进入胞内，经内体酸化后，活化DNA-PK或其他第二信使。

3. 外毒素（Exotoxin）

是在细菌生长繁殖过程中，产生并分泌到菌体外的毒性蛋白质，主要来自革兰阳性菌，但也可由少数革兰阴性菌，如痢疾志贺菌、耶尔森菌、霍乱弧菌、产毒型大肠埃希菌、铜绿假单胞菌等产生。外毒素具有以下特性：毒性极强且具特异性；易被酸、热力及消化酶破坏；抗原性强；经0.3～0.4%甲醛作用一定时间可脱毒为类毒素，可用于人工自动免疫预防接种，如白喉类毒素、破伤风类毒素等。外毒素根据对细胞的亲嗜性和作用机制可分为三大类：主要作用于神经组织引起的神经传导功能紊乱的神经毒素（neurotoxin）；可直接破外宿主细胞膜或抑制细胞蛋白质的合成的细胞毒素（cytotoxin）和作用于肠上皮细胞引起肠功能紊乱肠毒素（enterotoxin）。

有些革兰阴性菌可产生多种外毒素，如百日咳鲍氏菌分泌的百日咳毒素和腺苷环化酶毒素属于细胞毒素，可分别通过附着于呼吸道黏膜表面和抑制白细胞的吞噬作用及杀伤作用，干扰白细胞免疫功能而导致百日咳特有的痉挛性咳嗽和疾病迁延不愈；铜绿假单胞菌释放的外毒素A和鼠疫杆菌释放的鼠毒素均属细胞毒素，可分别通过抑制细胞蛋白质合成而杀死细胞和导致细菌自溶释放，使血管、淋巴管内皮细胞发炎及坏死出血；肠毒素是革兰阴性菌最常见的外毒素，如霍乱弧菌、副溶血弧菌、痢疾志贺菌、空肠弯曲菌、小肠结肠炎耶尔森菌、沙门菌、蜡样杆菌等革兰阴性菌都可释放肠毒素导致腹泻及肠炎等发生。

大肠埃希菌能产生多种外毒素，包括志贺毒素Ⅰ、Ⅱ（Shiga toxins，Stx-1、Stx-2）、耐热肠毒素a、b （heat stable enterotoxin，STa、STb）和不耐热肠毒素Ⅰ、Ⅱ（heat labile tnterotoxin，LT-Ⅰ、LT-Ⅱ），导致腹泻、出血性肠炎和尿毒症发生。溶血素A（hemolysin A）也在尿路致病性大肠埃希菌所致疾病中起重要作用。

外毒素A（Exotoxin A）是铜绿假单胞菌最主要的致病物质，约90%菌株产生，具有腺苷二磷酸核糖基转移酶活性，可通过受体接到的内同作用进入靶细胞，催化辅酶I（NAD）的ADP-核糖基转移至延长因子-2（elongation factor 2，EF-2），使ADP-核糖基-EF-2复合物在蛋白质合成中失活，抑制易感细胞内的蛋白质合成。动物模型表明，给动物注射外毒素A后可出现肝细胞坏死、肺出血、肾坏死及休克等。注射外毒素A抗体则对铜绿假单胞菌感染有保护作用。

志贺外毒素（Shigella cysenteriae exotoxin）是痢疾志贺菌产生的外毒素，由A、B两条多肽链组成，A链为毒性部分，能抑制蛋白质的合成，B链为毒素和靶细胞表面受体结合的部位。志贺毒素具有细胞毒素、肠毒素和神经毒素3种生物学活性。肠毒素活性能引起腹泻，细胞毒素活性可以阻止小肠上皮细胞对糖和氨基酸的吸收，神经毒素活性可作用于中枢神经系统造成昏迷或脑膜炎。小部分患者的志贺毒素可介导肾小球内皮细胞的损伤，导致溶血性尿毒综合征。

霍乱肠毒素（cholera toxin）是霍乱弧菌产生的外毒素，有强烈的致泻作用，是目前已知致泻毒素中最强烈的毒素。由1个A亚单位和5个B亚单位构成的一个热不稳定性多聚体蛋白，A亚单位由多肽A1和A2组成，是霍乱肠毒素的毒性活性成分，B亚单位为结合单位，能特异地识别肠上皮细胞上的受体。霍乱肠毒素可作用于小肠黏膜细胞，B亚单位与细胞膜上的神经节苷脂结合，引起肠毒素的变构，协助A1多肽解离、活化并穿过细胞，刺激细胞内的腺苷酸环化酶活化，细胞内cAMP浓度增高，抑制内皮细胞对Na+和Cl-的吸收，并大量分泌Cl-和，使肠腔内渗透压升高，大量水分由细胞进入肠腔，进而产生严重腹泻、呕吐、电解质大量丧失。

4. 菌毛（Pilus）

主要存在于革兰阴性菌，具有黏附于组织细胞的能力，菌毛通过与宿主表面相应受体相互作用使细菌吸附于细胞表面而定居，故有些菌毛又称定居因子（colonization factor）。细菌的黏附作用是细菌引起感染的首要条件，黏附是细菌表面黏附因子或黏附素与宿主上皮细胞表面受体相互作用的结果。大多数细菌的致病开始于细菌对呼吸道、消化道、泌尿生殖道和皮肤等处上皮细胞的黏附，黏附导致细菌在局部定位，进而繁殖扩散，聚集毒力因子，导致感染发生。菌毛根据其形态、数目、分布、黏附性、相对分子质量和抗原性分为6个型，其中Ⅰ型和Ⅳ型菌毛与细菌的黏附作用密切相关。菌毛的黏附作用具有组织特异性，可能与宿主细胞表面具有的相应受体有关，如革兰阴性菌的受体是糖类，而革兰阳性菌的受体则一般是类蛋白或糖蛋白。

黏附素（adhesin）是致病性大肠埃希菌质粒所编码的一种菌毛，与黏附作用密切相关。大肠埃希菌的黏附素能使细菌紧密黏着在泌尿道和肠道的细胞上，避免因排尿时尿液的冲刷和肠道的蠕动作用而被排出。由黏附素介导的黏附为局部黏附，细菌不是均匀地分布在细胞表面，而是呈丛状或微菌落样存在于细胞上；这种黏附为远距离黏附，细菌菌体并不直接与细胞接触，两者靠菌毛相连。菌毛能帮助细菌的黏附作用，它们由细菌质粒控制，通过质粒传递给其他菌株，抗原性很强，能刺激宿主机体产生特异性抗体。大肠埃希菌黏附素特异性强，包括定植因子抗原Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（colonization factor antigen Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）、集聚黏附菌毛Ⅰ和Ⅲ（aggregative adherence fimbriae Ⅰ、Ⅲ）、束形成菌毛（bundle forming pili）、紧密素（intimin）、P菌毛（因也能与P血型抗原结合而命名）、Dr菌毛（能与Dr血型抗原结合）、Ⅰ型菌毛（其受体含有D-甘露糖）和侵袭质粒抗原（invasion plasmid antigen）蛋白等。

志贺菌经口进入肠道后，借助其菌毛及相关结构的协同作用黏附并侵入回肠末端和结肠的黏膜上皮细胞内增殖，还可向邻近细胞和深部扩散，在黏膜固有层繁殖，造成上皮细胞坏死，坏死的上皮斑块脱落，形成溃疡。坏死的黏膜、死亡的白细胞、细胞碎片、纤维蛋白和血液构成黏液脓血便。

霍乱弧菌最重要的定居因子称为毒素协同调节菌毛（toxin co-regulated pilus），该菌毛的表达与霍乱毒素的表达相关。绝大多数非O1、O139群菌株都不产生毒素协同调节菌毛和霍乱毒素。

5. 鞭毛（flagellum）

在细菌菌体上的细长而弯曲丝状物，少则1～2根，多则可达数百根，是细菌的运动器官，也与细菌致病性相关。霍乱弧菌对人小肠上皮细胞没有侵袭力，但霍乱弧菌鞭毛运动有助于细菌穿过肠黏膜表面的黏液层，借菌毛黏附于肠黏膜上皮细胞表面大量繁殖。许多细菌的鞭毛在侵袭肠道上皮细胞方面发挥了至关重要的作用，如在产志贺菌毒素的大肠埃希菌O113∶H21中，对结肠上皮细胞的侵袭作用主要是由鞭毛素介导的。也有研究认为部分细菌内鞭毛作为Ⅲ型分泌系统向细胞内分泌一些蛋白，导致部分膜肌动蛋白重排或聚合，或者是直接调整了细胞膜骨架，从而促进细菌对宿主细胞的入侵。

6. 微荚膜（microcapsule）

荚膜具有抗吞噬和阻挠杀菌物质的作用，使病原菌在宿主体内得以大量繁殖，常见于革兰阳性菌表面。但有些革兰阴性菌菌体表面黏液层较薄（<0.2μm），表面有类似荚膜的物质称为微荚膜，如伤寒沙门菌Vi抗原、大肠埃希菌K抗原等。K抗原具有抗吞噬作用，有抵抗补体和抗体的作用，存在时能阻止O凝集，已知有100种，但不是每个菌株都有K抗原。过去把K抗原分为L、A、B三型，现在K抗原主要指酸性的多糖包膜（微荚膜）抗原，可分为2组（组1和组2）。一个菌株中一般只含一个型别的K抗原，大肠埃希菌的血清型按O∶K∶H的顺序，以数字表示，如表示大肠埃希菌血清型的方式是按O∶K∶H排列，如O111∶K58∶H2。

7. 侵袭素（invasin）

是某些革兰阴性菌基因编码产生的一些具有侵袭功能的蛋白多肽，可促使细菌向邻近组织扩散或介导细菌进入邻近黏膜上皮细胞内。如肠侵袭型大肠埃希菌质粒基因编码的侵袭素，可促使该菌入侵肠黏膜上皮细胞；福氏志贺菌的一些基因可编码不同的侵袭蛋白，促使该菌向邻近组织细胞扩散。具有这种侵袭能力的革兰阴性菌还包括鼠伤寒沙门菌、空肠弯曲菌、淋病奈瑟菌和假结核耶尔森菌等。

侵入机体的病原菌吸附于黏膜上皮细胞表面，其中一些可寄生于宿主细胞外的组织间隙和体液中，不进入细胞内的称为胞外菌如霍乱弧菌，仅在黏膜组织表面生长繁殖，通过分泌肠毒素和黏液素酶及产生内毒素而引起腹泻，不再扩散及侵入深层组织；另有一些兼性胞内菌或胞外菌，如伤寒沙门菌及志贺菌等产生内毒素，造成局部细胞的破溃死亡，形成肠黏膜组织的溃疡，但这些细菌一般不侵入深层组织或经血行扩散；其他大部分胞内菌及胞外菌在侵入局部繁殖后，可通过直接扩散、淋巴扩散或血流扩散到靶器官或全身。

8. Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secretion system）

是能向真核靶细胞内输送毒性基因产物的细菌效应系统，具有相当强大的蛋白分泌能力。约由20余种蛋白组成，是一些病原细菌将毒效应蛋白分泌至胞外的分泌途径和向真核靶细胞内输送毒性基因产物的细菌效应系统。由相应的基因控制胞膜上针状孔道蛋白的合成，毒效应蛋白合成后，由分子伴侣引导折叠和重折叠后，通过Ⅲ型分泌系统针状跨膜蛋白分泌至细胞外或宿主细胞内。现发现Ⅲ型分析系统还存在于耶尔森菌、沙门菌、志贺菌等内，致病菌通过注射毒力因子到宿主细胞中，被注射的细菌毒力蛋白在宿主细胞中刺激或干扰宿主细胞的代谢过程，支配细菌与宿主细胞的相互作用，从而引起疾病的发生。

沙门菌通过种特异性的菌毛先黏附于小肠末端位于淋巴结的M细胞，接着通过Ⅲ型分泌系统沙门菌致病岛（salmonella pathogenicity island Ⅰ）分泌系统向M细胞中输入沙门菌分泌的侵袭蛋白（Salmonella secreted invasion protein），引发宿主细胞内肌动纤维的重排，诱导细胞膜凹陷，导致细菌的内屯。沙门菌在吞噬小泡内生长繁殖，诱导宿主细胞死亡，细菌扩散并进入毗邻细胞淋巴组织。M细胞的主要功能是输送外源性抗原至其下方的巨噬细胞供吞噬和清除。沙门菌还具有一种耐酸应答基因，可使细菌在胃和吞噬体的酸性环境下得到保护。伤寒沙门菌和希氏沙门菌在宿主体内可形成表面抗原Vi抗原，能抵御吞噬细胞的吞噬和杀伤，并阻挡抗体、补体等破坏菌体作用。

9. 紧密素（intimin）

是肠致病性大肠埃希菌的一种外膜蛋白，分子量为94kD，与耶尔森菌的侵袭素N 末端区域有高度的同源性。其编码基因eae A位于菌体染色体上。出血性大肠埃希菌也有eae A的类似结构。紧密素是致病性大肠埃希菌近距离黏附和侵入宿主细胞的主要物质基础。它与宿主细胞膜上的相应受体结合后，导致细胞内Ca2+浓度上升及蛋白质的磷酸化等作用，使细胞支架发生重排，在细菌黏附处形成一个致密的纤维样肌动蛋白垫，从而使细菌侵入细胞。此时感染的细胞表现为刷状缘脱落，并失去微绒毛。

10. 胞外酶S（ectoenzyme S）

是铜绿假单胞菌产生的不同于外毒素A的ADP-核糖转移酶，可催化ADP-核糖基转化到几种GTP结合蛋白上，协助抵抗吞噬，促进铜绿假单胞菌的侵袭扩散。产此酶的铜绿假单胞菌可导致患者肝功能损伤而出现黄疸。

11. 蛋白酶（Protease）

约90%铜绿假单胞菌菌株可产生胞外蛋白分解酶，其中弹性蛋白酶和碱性蛋白酶可在细菌侵袭阶段发挥作用。弹性蛋白酶可分解胶原、IgG、IgA和补体，并水解纤连蛋白保护宿主肺部黏膜上该菌的黏附受体，还能破坏呼吸道上皮细胞干扰纤毛功能；碱性蛋白酶既能阻碍纤维蛋白形成，又能水解纤维蛋白。目前认为蛋白酶可能与铜绿假单胞菌造成的眼部及肺部感染有关。

12. 细胞溶解毒素（Cytolytic toxin）

铜绿假单胞菌可产生杀白细胞素、磷脂酶C、卵磷脂酶等细胞溶解毒素。杀白细胞素对大多数真核细胞有细胞毒性，可裂解白细胞，但不溶血；磷脂酶C和卵磷脂酶均属溶血素，可降解脂质和卵磷脂，导致溶血发生。

13. 藻酸盐（alginate）

是假单胞菌生物被膜的重要基质成分，有助于细菌的定植和抗逆性；在细菌黏附上皮细胞中起重要作用；还具有抵抗吞噬、中和抗体、清除呼吸道纤毛和阻碍抗生素扩散等作用。