內(nèi)毒素和外毒素

1、For personal use only in study and research;not for commercial use內(nèi)毒素和外毒素性質(zhì)外毒素內(nèi)毒素存在部位由活的細(xì)菌釋放至細(xì)菌體外為細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)成份，菌體崩解 后釋出細(xì)困種類以革蘭氏陽性菌多見革蘭氏陰性菌多見化學(xué)組成蛋白質(zhì)（分子量27，000900，000）磷脂一多糖一蛋白質(zhì)復(fù)合物（毒性 主要為類脂a）穩(wěn)定性不穩(wěn)定，60C以上能迅速破壞耐熱，60C耐受數(shù)小時(shí)毒性作用強(qiáng)，微量對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有致死作用（以u(píng)g計(jì)量）。各種外毒素有選 擇作用，引起特殊病變，不引起宿 主發(fā)熱反應(yīng)。抑制蛋白質(zhì)合成，有 細(xì)胞毒性、神經(jīng)毒性、紊亂水鹽代 謝等稍弱，

2、對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物致死作用的量比 外毒素為大。各種細(xì)菌內(nèi)素的毒性 作用大致相同。引起發(fā)熱、彌漫性 血管內(nèi)凝血、粒細(xì)胞減少血癥、施 瓦茲曼現(xiàn)象等抗原性強(qiáng)，可刺激機(jī)體產(chǎn)生咼效價(jià)的抗毒 素。經(jīng)甲醛處理，可脫毒成為類毒 霉，仍有較強(qiáng)的抗原性，可用于人 工自動(dòng)免疫刺激機(jī)體對(duì)多糖成份產(chǎn)生抗體，不 形成抗毒素，不能經(jīng)甲醛處理成為-xu*-xu*類毒素1.外毒素產(chǎn)生菌主要是革蘭陽性菌中的破傷風(fēng)梭菌、肉毒梭菌、白喉?xiàng)U菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、A群鏈球菌、金黃色葡萄球菌等。某些革蘭陰性菌中的痢疾志賀 菌、鼠疫耶氏菌、霍亂弧菌、腸產(chǎn)毒素型大腸埃希菌、銅綠假單胞菌等也能產(chǎn)生 外毒素。大多數(shù)外毒素是在菌細(xì)胞內(nèi)合成后分泌至細(xì)胞外；也有存

3、在于菌體內(nèi)，待菌溶潰后才釋放出來的，痢疾志賀菌和腸產(chǎn)毒素型大腸埃希菌的外毒素屬此。外毒素的毒性強(qiáng)。1mg肉毒毒素純品能殺死2億只小鼠，毒性比KCN大1萬倍。不同細(xì)菌產(chǎn)生的外毒素，對(duì)機(jī)體的組織器官具有選擇作用，各引起特殊的 病變。例如肉毒毒素能阻斷膽堿能神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿，使眼和咽肌等麻痹， 引起眼瞼下垂、復(fù)視、斜視、吞咽困難等，嚴(yán)重者可因呼吸麻痹而死。又如白喉 毒素對(duì)外周神經(jīng)末梢、心肌等有親和性，通過抑制靶細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成而導(dǎo)致外 周神經(jīng)麻痹和心肌炎等。多數(shù)外毒素不耐熱。 例如白喉外毒素在5860C經(jīng)12h,破傷風(fēng)外毒素在60C經(jīng)20min可被破壞。 但葡萄球菌腸毒素是例外， 能耐100C3

4、0min。大多外毒素是蛋白質(zhì)，具有良好的抗原性。在0.3% 0.4%甲醛液作用下，經(jīng)一定時(shí)間，可以脫去毒性，但仍保有免疫原性，是為類毒素（toxoid）。類毒素注入機(jī)體后，可刺激機(jī)體產(chǎn)生具有中和外毒素作用的抗毒素 抗體。類毒素和抗毒素在防治一些傳染病中有實(shí)際意義，前者主要用于人工主動(dòng)免疫，后者常用于治療和緊急預(yù)防。多數(shù)外毒素的分子結(jié)構(gòu)為A-B模式，即由A和B兩種亞單位組成。A亞單位是外毒素活性部分，決定其毒性效應(yīng)。B亞單位無毒，能與宿主靶細(xì)胞表面的特殊受體結(jié)合，介導(dǎo)A亞單位進(jìn)入靶細(xì)胞。A或B亞單獨(dú)對(duì)宿主無致病作用，因而外毒素分子的完整性是致病的必要條件。利用B亞單位能與靶細(xì)胞受體結(jié)合后阻止受體

5、再與完整外毒素分子結(jié)合，且B亞單位抗原性強(qiáng)；將B亞單位提純制成疫苗，有可能預(yù)防相關(guān)的外毒素性疾病。根據(jù)外毒素對(duì)宿主細(xì)胞的親和性及作用方式等，可分成神經(jīng)毒素、細(xì)胞毒 素和腸毒素三大類。細(xì)菌的外毒素多數(shù)為A-B型分子結(jié)構(gòu)，這類外毒素的作用機(jī)制不完全相同，又可分為幾種類型：（1）具腺苷二磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶活性的毒素：這類毒素通過轉(zhuǎn)移煙酰胺腺苷二核苷中的腺苷二磷酸（ADP）核糖，核糖基化真核細(xì)胞中腺苷環(huán)化酶復(fù)合物中的鳥嘌呤核苷結(jié)合蛋白。例如百 日咳毒素和銅綠假單胞菌毒素A靶向的延伸因子-2（EF-2）是三磷酸結(jié)合蛋白； 肉毒梭菌C2毒素使肌動(dòng)蛋白結(jié)合至腺苷三磷酸；肉毒梭菌C3毒素即ADP核糖基 轉(zhuǎn)移酶，

6、靶向小分子鳥苷三磷酸結(jié)合蛋白R(shí)ho和Raco這類毒素都為A-5B結(jié)構(gòu)， 即每一外毒素分子由1個(gè)A亞單位和5個(gè)B亞單位組成。包括有霍亂腸毒素、大 腸埃希菌不耐熱腸毒素、百日咳毒素等。 （2）RNA糖基化酶毒素：這類毒素的分子結(jié)構(gòu)式為A-5Bo例如痢疾志賀菌產(chǎn)生的志賀毒素和大腸埃希菌0157:H7產(chǎn)生的Vero毒素。它們的A亞單位與蓖麻毒素蛋白的A亞單位具有同源性。A亞單位的N糖苷酶， 直接作用于靶細(xì)胞核糖體的60S亞單位， 使28S RNA近3/ 端的特殊嘌呤殘基脫嘌呤。（3）鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴性腺苷酸環(huán)化酶毒素：炭疽毒素屬此類毒素。它由保護(hù)性抗原（PA）、水腫毒素（EF）和致死毒素（LF）三部分組

7、成。單一組分無毒性，PA和EF可引起實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮膚水腫，PA和LF則 使動(dòng)物迅速死亡。PA和EF或LF反應(yīng)產(chǎn)生完全的水腫毒素或致死毒素，符合A-B結(jié)構(gòu)模式。水腫因子是一種鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴性腺苷酸環(huán)化酶，進(jìn)入靶細(xì)胞后導(dǎo)致CAMP水平增高。致死毒素是炭疽病死亡的主要毒力因子，它可能是一種金屬蛋 白酶。（4）具鋅結(jié)合內(nèi)肽酶活性的神經(jīng)毒素：這類毒素的代表是肉毒神經(jīng)毒素（BoNT，其結(jié)構(gòu)和功能與破傷風(fēng)痙攣毒素（TeTx）相似。BONT和TeTx產(chǎn)生時(shí)為單一多肽，經(jīng)蛋白酶水解成由二硫鍵連接的雙鏈毒素。100kDa重鏈與神經(jīng)元受體結(jié)合，50kDa輕鏈封閉神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。這兩種毒素均為鋅內(nèi)肽酶，其靶分子是神經(jīng)元膜

8、內(nèi)的小突觸泡蛋白（synaptobrevin），毒素可將之切割、 降解而失活。鋅內(nèi)肽酶活性位于這些毒素的輕鏈，若鋅結(jié)合基序發(fā)生突變則其活 性喪失。 （5）其他梭菌外毒素：艱難梭菌可產(chǎn)生毒素A（腸毒素）和毒素B（細(xì)胞毒素）。毒素A和B的靶分子是Rho,其作用機(jī)制尚不清楚。外毒素的分子結(jié)構(gòu)不是AB型模式的尚有：（1）損傷細(xì)胞膜的毒素：有兩種類型。一種具有磷脂酶活性。例如產(chǎn)氣莢膜梭菌的a毒素是磷脂酶C;金黃色葡萄球菌的B毒素是鞘磷脂酶；水腫梭菌的B毒素是卵磷脂酶等。這些毒素消 化靶細(xì)胞膜的磷脂組分而引起細(xì)胞溶解。另一種是毒素本身嵌進(jìn)細(xì)胞膜，使形成小孔。例如金黃色葡萄球菌a毒素通過在靶細(xì)胞上打孔而損傷

9、細(xì)胞；產(chǎn)氣莢膜 梭菌B毒素與金黃色葡萄球菌a毒素具有同源性，是一種孔形成毒素；鏈球菌 溶素O是結(jié)合于靶細(xì)胞膜膽固醇的孔形成毒素，在寡聚化后形成小孔。（2）激素樣作用的毒素： 例如大腸埃希菌耐熱腸毒素ST-1能活化腸粘膜上的鳥苷環(huán) 化酶， 使CGMP水平增加，導(dǎo)致腹瀉。細(xì)菌外毒素中，有一類具有超抗原（superantigen）作用。這些超抗原性外毒素主要是葡萄球菌腸毒素A-E、毒性 休克綜合征毒素-1、鏈球菌致熱外毒素A-C等。這些毒素是強(qiáng)力的有絲分裂原，能活化一大群T細(xì)胞。它們結(jié)合至抗原遞呈細(xì)胞上的MHQ類分子，以及T細(xì)胞 受體B區(qū)刺激T細(xì)胞，產(chǎn)生和釋放大量IL-1、IL-2、TNF-a和IF

10、N-丫等細(xì)胞 因子。超抗原性外毒素引起的病癥有毒性休克綜合征、猩紅熱、食物中毒等，也 可能與一些自身免疫病有關(guān)， 例如毒性休克綜合征患者常伴有關(guān)節(jié)炎、滑膜炎等 并發(fā)癥。2內(nèi)毒素是革蘭陰性菌細(xì)胞壁中的脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）組分，只有當(dāng)細(xì)菌死亡裂解或用人工方法破壞菌體 后才釋放出來。螺旋體、衣原體、支原體、立克次體亦有類似的LPS有內(nèi)毒素活性。內(nèi)毒素的分子量大于10萬，其分子結(jié)構(gòu)由O特異性多糖、非特異核心多糖和脂質(zhì)A三部分組成。內(nèi)毒素耐熱，加熱100C經(jīng)1h不被破壞； 需加熱至160C經(jīng)2-4h，或用強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑加溫煮沸30min才滅活。 不能用甲醛液脫毒成

11、類毒素。 內(nèi)毒素注射機(jī)體可產(chǎn)生相應(yīng)抗體， 但中和作用較弱。內(nèi)毒素LPS能刺激巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等產(chǎn)生IL-1、IL-6、TNF-a及趨化因子等。 小量?jī)?nèi)毒素誘生的這些細(xì)胞因子， 可導(dǎo)致適度發(fā)熱、 微血管擴(kuò)張、 炎癥反應(yīng)等對(duì)宿主有益的免疫保護(hù)應(yīng)答。 但當(dāng)革蘭陰性菌進(jìn)入血循環(huán)發(fā)生敗血癥 時(shí)，內(nèi)毒素大量釋出，誘生的細(xì)胞因子過量，常致患者休克甚至死亡。高濃度的 內(nèi)毒素也可激活補(bǔ)體替代途徑，引發(fā)高熱、低血壓，以及活化凝血系統(tǒng)，最后導(dǎo) 致彌散性血管內(nèi)凝血(disseminated intravascularcoagulation,DIC).脂質(zhì)A是內(nèi)毒素的主要毒性組分。不同革蘭陰性菌的脂質(zhì)A結(jié)構(gòu)雖有差

12、異，但基 本相似。因此，不同革蘭陰性菌感染時(shí)，由內(nèi)毒素引起的毒性作用大致類同。(1)發(fā)熱反應(yīng)：極微量(15ng/kg)內(nèi)毒素就能引起人體體溫上升，維持約4h后恢復(fù)。其機(jī)制是內(nèi)毒素作用于巨噬細(xì)胞等， 使之產(chǎn)生IL-1、IL-6和TNF-a這些具有內(nèi)源性致熱原(endogenous pyrogens)的細(xì)胞因子。它們?cè)僮饔糜谒?主體下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞，促使體溫升高發(fā)熱。(2)白細(xì)胞反應(yīng)：注射內(nèi)毒素后， 血循環(huán)中的中性粒細(xì)胞數(shù)驟減， 系與其移動(dòng)并粘附至組織毛細(xì)血管有 關(guān)。12h后，LPS誘生的中性粒細(xì)胞釋放因子 (neutrophil releasing factor) 刺激骨髓釋放中性粒細(xì)胞進(jìn)入血

13、流， 使數(shù)量顯著增加， 且有左移現(xiàn)象。 但傷寒沙 門菌內(nèi)毒素是例外，始終使血循環(huán)中的白細(xì)胞總數(shù)減少，機(jī)制尚不清楚。(3)內(nèi)毒素血癥與內(nèi)毒素休克：當(dāng)血液中細(xì)菌或病灶內(nèi)細(xì)菌釋放大量?jī)?nèi)毒素入 血時(shí)，可導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥(endotoxemia)。內(nèi)毒素作用于巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì) 胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血小板、補(bǔ)體系統(tǒng)、凝血系統(tǒng)等并誘生TNF-a、IL-1、IL-6、IL-8、組胺、5-羥色胺、前列腺素、激肽等生物活性物質(zhì)，使小血管功能紊亂而 造成微循環(huán)障礙， 表現(xiàn)為微循環(huán)衰竭和低血壓、 組織器官毛細(xì)血管灌注不足、缺 氧、酸中毒等。嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致以微循環(huán)衰竭和低血壓為特征的內(nèi)毒素休克。(4)Shwartzman現(xiàn)象與

14、DIC:將革蘭陰性菌培養(yǎng)物上清或殺死的菌體注射入家兔皮內(nèi)，824h后再以同樣或另一種革蘭陰性菌行靜脈注射。約10h后，在第一次注射處局部皮膚可出現(xiàn)出血和壞死，是為局部Shwartzman現(xiàn)象。若兩次注射均為靜脈途徑，則動(dòng)物兩側(cè)腎皮質(zhì)壞死，最終死亡，此為全身性Shwartzman現(xiàn)象。該現(xiàn)象不是抗原與抗體結(jié)合的免疫應(yīng)答反應(yīng)，因兩次注射僅間隔短時(shí)間，且兩次注射的革蘭陰性菌可為無抗原交叉者。在人類的嚴(yán)重革蘭陰性菌感染中常 出現(xiàn)的DIC，其病理變化和形成機(jī)制酷似動(dòng)物的全身性Shwartzman現(xiàn)象。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study

15、and research; not for commercial use.Nur fur den pers?nlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l etude et la recherche uniquementades fins personnelles; pasades fins commerciales.ToJI E Kogfljirogeifcc,TOpBicnob3 groimio麻yqeHuicic碼egoBua H Hudo員冶HBIucno員B30BaTbCEBKoMMepqeckux qeiix.-以下無正文-僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fur den pers?nlichen fur Studien, Forschun