樊琛+程霜+劉桂芹+曾慶華+李燕+王會(huì)+孫小凡

摘要：雞大腸桿菌病是由某些大腸桿菌的致病菌株引起的一種細(xì)菌性傳染病，危害養(yǎng)殖業(yè)和食品安全。盡管大腸桿菌致病力是由多種毒力因子共同作用的，但近年對(duì)iss基因的研究結(jié)果表明，iss基因可能在細(xì)菌致病力檢測(cè)、蛋白免疫方面具有發(fā)展?jié)摿?。綜述了雞大腸桿菌發(fā)病機(jī)理、血清抗性、iss基因等方面的最新研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：雞大腸桿菌；血清抗性；iss基因

中圖分類號(hào)：S852.61+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0053-02

雞大腸桿菌病是由某些大腸桿菌（Escherichia coli）的致病菌株引起的一種細(xì)菌性傳染病，病型復(fù)雜，危害最大的是急性敗血型^[1-3]。某些菌株還會(huì)引起人畜禽共患傳染病，危害養(yǎng)殖業(yè)和食品安全。大腸桿菌的毒力是由多種毒力因子共同作用的，包括黏附素、1型菌毛、毒素、外膜蛋白、ColV質(zhì)粒、補(bǔ)體抗性、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、宿主細(xì)胞表面改變因子等^[4-9]。相關(guān)的毒力基因有上百個(gè)，如 iss（increased serum survival gene，血清抗性基因）、tsh（溫度敏感血球凝集素）、cvi（ColV操縱子的免疫性基因）、fimD、fimF、fimG、fimH、gntP、uxaA等[7，10-12]。

1 雞大腸桿菌毒力因素及發(fā)病機(jī)理

大腸桿菌的毒力由黏附素、1型菌毛、毒素、外膜蛋白、ColV質(zhì)粒、補(bǔ)體抗性、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、宿主細(xì)胞表面改變因子等多種毒力因子共同作用^[4-9]，多數(shù)研究集中于對(duì)雞大腸桿菌1型菌毛的研究。正常機(jī)體的天然屏障具有抗病原微生物侵襲的能力，致病性大腸桿菌要發(fā)揮其致病作用，必須首先突破機(jī)體的天然屏障，即首先在局部吸附并定居繁殖，進(jìn)而侵入體內(nèi)。1型菌毛對(duì)細(xì)菌在宿主中的起始增殖很重要，然而在細(xì)菌增殖達(dá)到一定水平后，在系統(tǒng)地進(jìn)行感染前，1型菌毛的表達(dá)就停止了。絕大多數(shù)1型菌毛由在氣管、肺和氣囊中增殖的細(xì)菌表達(dá)，而不是由那些在組織或血液中增殖的細(xì)菌表達(dá)^[13-15]。細(xì)菌定居下來以后增殖形成集落（局部增殖），在條件適合時(shí)大腸桿菌從肺泡毛細(xì)血管進(jìn)入血循環(huán)，引起菌血癥，從而在全身組織內(nèi)增殖，當(dāng)機(jī)體抵抗力降低時(shí)，大腸桿菌大量繁殖引起敗血癥[5，13-15]。因此，進(jìn)入血流是細(xì)菌發(fā)揮其致病作用的關(guān)鍵一步，一旦病原體獲得到血流的通路，它將面對(duì)血清的抑菌作用和殺菌作用。

2 雞大腸桿菌血清抗性的研究進(jìn)展

血清抗性可能受莢膜抗原、脂多糖和特定外膜蛋白調(diào)節(jié)，在多數(shù)菌株中表現(xiàn)出與毒力相關(guān)的關(guān)系^[16-19]。K1莢膜抗原與禽致病性大腸桿菌的毒力相關(guān)性很高，尤其是在O1、O2血清型中，表達(dá)K1莢膜抗原的禽致病性大腸桿菌菌株相對(duì)于表達(dá)其他K莢膜抗原的禽致病性大腸桿菌菌株，對(duì)血清殺菌作用的抵抗性更強(qiáng)^[16]。據(jù)報(bào)道，血清抗性也與脂多糖相關(guān)，平滑脂多糖層比粗糙型脂多糖抗性強(qiáng)。但有突變?cè)囼?yàn)表明，突變后補(bǔ)體敏感的無毒型和野生補(bǔ)體抗性的有毒型大腸桿菌均具有平滑脂多糖層，不同之處是外膜蛋白。無毒突變株有 16.2 ku 的外膜蛋白，野生型沒有，此蛋白可能是編碼區(qū)被轉(zhuǎn)座子插入的產(chǎn)物。顯示編碼某種外膜蛋白的基因被截?cái)嗪?，?duì)補(bǔ)體抗性和毒力有影響^[17-18]。外膜蛋白是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁中所特有的結(jié)構(gòu)，大腸桿菌中由質(zhì)粒編碼的外膜蛋白在其致病過程中起重要作用?；蜓芯胯b定了TraT和Iss等2個(gè)補(bǔ)體抗性決定簇。TraT是由R100、R6-5和ColV質(zhì)粒編碼的，分子量為23 709 u，位于外膜外側(cè)。它可增強(qiáng)細(xì)菌對(duì)血清的抗性，但其作用機(jī)制還不清楚。據(jù)報(bào)道，TraT蛋白可增強(qiáng)細(xì)菌對(duì)補(bǔ)體裂解活性的抗性，從而使細(xì)菌的侵襲力加強(qiáng)。Iss是由存在于ColV質(zhì)粒上的iss基因編碼的，Iss蛋白屬于外膜蛋白的一部分，與細(xì)菌抗補(bǔ)體作用有關(guān)，可增強(qiáng)大腸桿菌血清抗性^[19-22]。另外，1型菌毛對(duì)血清的殺菌作用也具有抗性^[12]。

3 iss基因的研究進(jìn)展

iss基因存在于ColV質(zhì)粒上，大小為309 bp，在人源、禽源大腸桿菌中皆有發(fā)現(xiàn)。iss基因編碼的蛋白Iss屬于外膜蛋白的一部分，與細(xì)菌抗補(bǔ)體作用有關(guān)，可增強(qiáng)大腸桿菌血清抗性。國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為，iss基因與雞大腸桿菌毒力有一定關(guān)系^[20-24]。但此相關(guān)性受何因素控制，國(guó)內(nèi)外還無相關(guān)闡述。

在1979年，Binns等從人源大腸桿菌ColV、I-K94質(zhì)粒獲得的iss基因的表達(dá)能力能顯著增強(qiáng)含此基因的大腸桿菌對(duì)1日齡雛雞的毒力，還能增強(qiáng)轉(zhuǎn)化菌的血清抗性^[8]。Chuba將人源大腸桿菌ColV2-K94質(zhì)粒上iss基因的1.4 kb片斷克隆入大腸桿菌K12細(xì)胞，重組細(xì)胞顯示出血清抗性。經(jīng)Southern-blot檢測(cè)，人源大腸桿菌iss基因與λ噬菌體DNA及插入因子IS2有同源性^[8]。美國(guó)研究人員從患大腸桿菌病的雞體內(nèi)分離出1株野生型禽致病性大腸桿菌（O2型），并以此為來源擴(kuò)增出iss基因，比較禽大腸桿菌iss基因與人源大腸桿菌iss基因的同源性，發(fā)現(xiàn)兩者同源性達(dá)96.8%^[12]。

研究者近來普遍認(rèn)為iss基因是定位在ColV質(zhì)粒上的。在研究毒力因子與人源大腸桿菌ColV質(zhì)粒相關(guān)性的試驗(yàn)中，分離自血液中的菌株有95.5%攜帶iss基因，分離自腸道中的菌株有68.8%攜帶iss基因。其后關(guān)于禽源大腸桿菌毒力因子的試驗(yàn)結(jié)果也表明，iss基因與ColV同時(shí)出現(xiàn)的概率很高，但并不是100%^[16-18]。由此推測(cè)，iss基因很可能與ColV質(zhì)粒連在一起，但并不能肯定總是在ColV質(zhì)粒上。

據(jù)推測(cè)，Iss蛋白是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞表面上對(duì)補(bǔ)體膜攻擊復(fù)合體敏感的位點(diǎn)，導(dǎo)致表面排斥，使菌株具有抗血清補(bǔ)體溶菌作用的能力^[19]。Ellis對(duì)25個(gè)火雞大腸桿菌菌株進(jìn)行了iss基因的擴(kuò)增試驗(yàn)及菌株對(duì)血清反應(yīng)特性的試驗(yàn)。其中，18株菌株屬于血清抗性-有毒力和血清敏感-無毒力的范疇，5株菌株為血清抗性但無毒力，2株菌株為血清敏感但有毒力^[10]。McDonough等發(fā)現(xiàn)，iss基因在致病性大腸桿菌中存在的可能性高于非致病性大腸桿菌，并且iss基因在大腸桿菌各種不同的血清型、各種禽類的大腸桿菌及其宿主不同部位的大腸桿菌中均有分布^[11]。有研究反映，iss基因擴(kuò)增為陽性的菌株并不能降解血清中的C6、C7、C8、C9，iss+與iss-菌株在C6、C7、C8、C9的消耗試驗(yàn)中幾乎沒有差別，這暗示Iss蛋白的作用可能是針對(duì)最終的補(bǔ)體復(fù)合體，而不是各組成部分。有研究者據(jù)此認(rèn)為，iss基因的抗補(bǔ)體作用是受限制的，因?yàn)樗荒芙到飧鹘M成部分^[13]。Kottom認(rèn)為，禽大腸桿菌的補(bǔ)體抗性可能與機(jī)體減弱C3在細(xì)胞表面的沉降能力有關(guān)，說明iss基因編碼的外膜蛋白能調(diào)節(jié)細(xì)胞表面上對(duì)補(bǔ)體膜攻擊復(fù)合體敏感的位點(diǎn)，導(dǎo)致表面排斥，減少C3在細(xì)菌表面的沉著，使菌株具有抗血清補(bǔ)體溶菌作用的能力，增強(qiáng)大腸桿菌的血清抗性^[13]。與此相反，也有研究表明，iss突變的禽致病性大腸桿菌在補(bǔ)體抗性方面并沒有明顯的減弱。

到目前為止，國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究采用PCR和/或探針雜交來檢測(cè)大腸桿菌是否帶有目標(biāo)基因，并將雞大腸桿菌菌株分為iss+、iss-菌株[12，17]。樊琛等發(fā)現(xiàn)，iss基因在21株高毒力菌株及低毒力菌株中都存在；與高毒力菌株相反，絕大多數(shù)低毒力的菌株在第1次擴(kuò)增時(shí)檢測(cè)不到iss基因，還須進(jìn)行第2次套式PCR擴(kuò)增才能檢測(cè)到。由此推測(cè)，因iss基因存在于質(zhì)粒上，可能其拷貝數(shù)（基因數(shù)量）與菌株毒力相關(guān)。樊琛等還通過試驗(yàn)證實(shí)1株雞致病性大腸桿菌HO2菌株的Iss融合蛋白抗血清在體外試驗(yàn)中可以降低HO2菌株的血清抗性^[25]。

4 小結(jié)

綜上所述，盡管雞大腸桿菌的毒力受多因子影響，但分析iss基因及Iss蛋白與大腸桿菌毒力的關(guān)系，可為研究iss的致病特性并以iss作為毒力標(biāo)志基因在雞大腸桿菌病的診斷、免疫防制中的作用等提供理論依據(jù)。

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