葡萄球菌属
葡萄球菌属(staphylococcus)广泛分布于自然界、人和动物的皮肤及与外界相通的腔道中。目前发现有35个种,17个亚种,寄生于人体的有16种。其中,金黄色葡萄球菌可产生血浆凝固酶称为凝固酶阳性葡萄球菌,致病性强;其他为凝固酶阴性葡萄球菌,如表皮葡萄球菌、腐生葡萄球菌等。在此主要介绍金黄色葡萄球菌。
一、生物学特性
(一)形态与结构
金黄色葡萄球菌菌体呈球形,直径0.5~1μm,多呈葡萄串状排列,有时也可散在存在。无鞭毛,无芽胞,有的有荚膜。革兰阳性,当衰老、死亡或被吞噬细胞吞噬后及某些抗生素的作用下,菌体可转变成革兰阴性。
(二)基因组
金黄色葡萄球菌株全基因长2 800 kb(千碱基对),有约2 700个开放读码框(open reading frame,ORF),可编码2 600余个蛋白质,含较多转座子及插入序列,有两个毒力岛。金黄色葡萄球菌的多数致病性基因和耐药性基因均位于可移动基因元件上,如前噬菌体、转座子和毒力岛(特指一组与毒力相关的DNA序列)。如杀白细胞素、表皮剥脱毒素的基因来自前噬菌体;葡萄球菌溶素由质粒编码,毒力岛决定毒性休克综合征毒素Ⅰ,其耐药的主要遗传因素在对应质粒上。菌株的致病能力和毒力强弱主要取决于其携带的毒力因子种类和表达强度。
(三)抗原构造
金黄色葡萄球菌有多种抗原成分,如细胞壁表面的葡萄球菌A蛋白(staphy lococcal protein A,SPA)、磷壁酸等。葡萄球菌A蛋白是一种与细胞壁肽聚糖共价结合的单链多肽,90%以上的金黄色葡萄球菌菌株有此抗原。它可结合人IgG的Fc段,而IgG分子的Fab段仍能特异性结合相应抗原分子。临床上常以含有SPA的葡萄球菌作为载体,结合特异性抗体后可以与相应抗原发生凝集,用于多种微生物抗原的检出,称为协同凝集试验。SPA与吞噬细胞争夺IgG的Fc段,具有抗吞噬作用。SPA与IgG结合的复合物有促细胞分裂、引起超敏反应、损伤血小板等多种生物学活性。
金黄色葡萄球菌细胞壁磷壁酸中的N-乙酰葡萄糖胺核糖醇磷壁酸(多糖A),是多糖半抗原,可与细胞表面纤连蛋白(fibronectin)结合,从而促进葡萄球菌在黏膜表面的黏附。磷壁酸与肽聚糖结合时刺激机体产生特异性抗体,可用于全身性葡萄球菌感染的诊断。
(四)代谢与培养
绝大多数金黄色葡萄球菌能发酵甘露醇,触酶试验阳性。需氧或兼性厌氧,营养要求不高,在普通培养基上生长良好。在普通琼脂平板上形成圆形、凸起、表面光滑湿润且不透明的菌落。因其可产生金黄色脂溶性色素,故菌落呈奶黄色至橙黄色。在血平板上,菌落周围形成完全透明的溶血环,为β溶血。
(五)抵抗力
金黄色葡萄球菌的抵抗力较强,在干燥的脓汁、痰液中可生存数个月。80℃、30分钟可杀死,2%石炭酸、15分钟死亡。耐盐性强,可在含有10%~15% NaCl的培养基中生长繁殖,因此高盐培养基有利于该菌的检出。该菌易产生耐药性,对青霉素、红霉素、庆大霉素等敏感,但耐药菌株逐年增多,对青霉素G耐药率超过90%。目前主要耐药菌株为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant S.aureus,MRSA),是院内感染和深部感染的最常见致病菌。
二、致病性与免疫性
(一)致病性
1.致病物质 金黄色葡萄球菌的致病物质主要由其产生的酶类和毒素。
(1)凝固酶(coagulase):金黄色葡萄球菌产生的凝固酶有两种。①游离凝固酶:分泌至菌体外,被血浆中凝固酶反应因子激活,使液态纤维蛋白原成为固态纤维蛋白,导致血浆凝固,可用试管法检测。②结合凝固酶:结合在菌体表面(不释放),具有纤维蛋白原受体,可通过与纤维蛋白原结合,将其变为纤维蛋白而使细菌凝聚,亦称凝聚因子(clumping factor),可用玻片法检测。凝固酶阳性菌进入机体后,使周围血液或血浆中的纤维蛋白包被在菌体表面,除抵抗吞噬细胞的吞噬或胞内消化作用外,还可保护细菌免受血清杀菌物质的作用。病灶周围也常有纤维蛋白的凝固和沉积,细菌不易向外扩散,故葡萄球菌感染常有病灶局限化、脓汁黏稠、易形成血栓等特征。
(2)葡萄球菌溶素(staphylolysin):金黄色葡萄球菌可产生α、β、γ和δ4种葡萄球菌溶素,化学成分为蛋白质,具有抗原性。其中α溶素不仅对多种哺乳动物红细胞有溶血作用,对白细胞、血小板、肝细胞、成纤维细胞、血管平滑肌细胞等也有毒性作用。α溶素经甲醛处理后可脱毒制成类毒素,β溶素可损伤红细胞、白细胞、巨噬细胞和纤维细胞,γ溶素作用类似下述杀白细胞素,δ溶素具有光谱溶细胞作用。
(3)杀白细胞素(leukocidin):可破坏人和动物的中性粒细胞和巨噬细胞,其机制是改变细胞膜的结构,在膜上形成小孔,使细胞对阳离子的通透性增加,最终导致细胞死亡。死亡的细胞可形成脓栓。
(4)肠毒素(enterotoxin):30%~50%金黄色葡萄球菌可产生肠毒素,由染色体编码,其激活可能与质粒上编码的激活蛋白质有关。葡萄球菌肠毒素为一组耐热的可溶性蛋白质,已鉴定的有11个血清型(A~K),其中C型又可分为C1、C2、C3三个亚型,各型均可致食物中毒。葡萄球菌肠毒素加热100℃、30分钟不被破坏,能够抵抗胃肠液中蛋白酶的水解作用。食物如被产毒株污染可引起以呕吐为主要临床症状的急性胃肠炎、食物中毒。近年来的研究发现,某些葡萄球菌肠毒素具有超抗原作用,可多克隆激活T细胞,释放大量的TNF、IL-1、IFN-γ等细胞因子而致疾病。(https://www.daowen.com)
(5)表皮剥脱毒素(exfoliatin):又称表皮溶解毒素,可引起烫伤样皮肤综合征。是一种外毒素,分为A型和B型。表皮剥脱毒素能裂解皮肤细胞间桥小体,破坏细胞间的连接,可引起葡萄球菌烫伤样皮肤综合征。具有抗原性,可制成类毒素。
(6)毒性休克综合征毒素-1(toxic shock syndrome toxin-1,TSST-1):也是一种外毒素,可引起机体多器官或系统的功能紊乱或毒性休克综合征。
(7)耐热核酸酶:由致病性葡萄球菌菌株产生,耐热,可降解核酸,临床上将其作为测定葡萄球菌是否有致病性的重要指标之一。
金黄色葡萄球菌的某些菌体结构亦对其致病性有一定的作用,如有些菌株的荚膜可抗吞噬作用,促进生物膜的形成;磷壁酸可结合宿主细胞,促进黏附。
2.所致疾病 常见疾病为化脓性感染和毒素性疾病。
(1)化脓性感染:金黄色葡萄球菌是人类化脓性感染中最常见的病原体,可通过多种途径侵入机体,引起局部化脓感染,如伤口化脓、毛囊炎、疖、痈、甲沟炎、麦粒肿、蜂窝组织炎、术后创口、烧伤创面化脓感染或脓肿等。感染特点是脓汁黄色黏稠,病灶界限清楚,多呈局限性。也可引起气管炎、肺炎、中耳炎等内脏器官感染,如细菌侵入血液可引起败血症、脓毒血症等全身感染。
(2)毒素性疾病:①食物中毒:葡萄球菌产肠毒素株在合适温度下,产生大量肠毒素,人食用被污染的食物,经1~6小时潜伏期后,即可出现头晕、恶心、上腹痛、呕吐等急性胃肠炎症状。病后1~2日可自行恢复。该病夏秋季常见。②烫伤样皮肤综合征(staphylococcal scalded skin syndrome,SSSS):又称剥脱性皮炎,由表皮剥脱毒素引起。患者皮肤开始有弥漫红斑、起皱,继而形成水疱,导致表皮脱落。多见于新生儿及免疫功能低下者。③毒性休克综合征:主要由TSST-1引起(肠毒素也可引起),常表现高热、低血压、猩红热样皮疹伴脱屑、呕吐、腹泻,严重时可出现休克。
除金黄色葡萄球菌外,表皮葡萄球菌和腐生葡萄球菌等凝固酶阴性葡萄球菌(coagulasenegative staphylococci,CNS)曾认为无致病性,但近年来已成为医院感染的重要病源。当机体免疫能低下或进入非寄居部位时,CNS可引起多种感染,如年轻妇女的急性膀胱炎、尿道感染,老年男性患者用泌尿内镜检查后易发的泌尿系感染,因安装心脏起搏器、心脏瓣膜修复术而引发的细菌性心内膜炎,骨和关节修补术、长期腹膜透析、静脉滴注等也可造成凝固酶阴性葡萄球菌感染。
(二)免疫性
人对金黄色葡萄球菌有一定的天然免疫力。当皮肤黏膜发生损伤、机体免疫力降低时才易发生感染。患病后虽能获得一定的免疫力,但难以预防再次感染。
三、检测与防治
(一)病原学检测
临床标本为脓液、穿刺液、分泌液、脑脊液、胸腹水、血液等,食物中毒可取剩余食物及呕吐物。标本可直接涂片革兰染色镜检,根据细菌形态、排列特点、染色性可做初步诊断。也可接种于血培养基分离培养鉴定。
凝固酶试验是常规检测致病性葡萄球菌的重要方法。游离凝固酶采用试管法检测,凝聚因子检测用玻片法。也可用细菌核糖体基因分型法、PCR技术等分析细菌质粒和基因组DNA,进行临床诊断和流行病学调查。
金黄色葡萄球菌性食物中毒的诊断,取可疑食物或患者呕吐物、粪便标本用ELISA法检测葡萄球菌肠毒素。
(二)防治原则
皮肤黏膜损伤应及时消毒处理。局部化脓感染者未治愈前,不宜从事食品制作或饮食服务行业。目前金黄色葡萄球菌耐药菌株日益增多,临床检出耐药菌非常重要。治疗应根据药敏试验结果,选择敏感的抗菌药物和相应剂量。清热解毒类中药有较好的疗效。对慢性反复感染的患者,可试用自身菌苗疗法。
知识拓展
金黄色葡萄球菌的耐药性
金黄色葡萄球菌易产生耐药性。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是最常见耐药株,该菌株对mecA基因编码的青霉素结合蛋白(PBP)进行了修饰,产生PBP2a,使金黄色葡萄球菌对甲氧西林等β-内酰胺类药物亲和力降低而产生耐药性。MRSA对所有与甲氧西林具有相同结构的β-内酰胺类和头孢类抗生素均耐药,还可通过改变抗生素作用靶点、产生修饰酶、降低膜通透性、产生大量PABA等不同机制,对氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、氟喹诺酮类、磺胺类、利福平等各种抗生素均有一定耐药性,仅对万古霉素敏感。