结核分枝杆菌的致病性

一、病原性和毒力

结核分枝杆菌不产生内毒素和外毒素，其致病性可能与细菌在组织细胞内大量繁殖引起炎症、菌体成分和代谢物质的毒性，以及机体对菌体成分产生的免疫损伤有关。

Webster的病原性定义为病原菌克服宿主防御的相对能力。这个定义也适用于结核分枝杆菌，其特征性表现如下。

1．进入哺乳动物宿主细胞。

2．可在宿主细胞内生活，逃避吞噬细胞防御系统。

3．在巨噬细胞中增殖。

4．可引起细胞间的传染。

5．引起细胞损伤，得到病理性结果。

6．可杀死宿主细胞并引起宿主的相应的临床表现。

7．引起人与人之间的传染等。

由此可见，病原性和发病是非常复杂的现象，包括侵染菌和宿主两方面因素。

虽然就结核分枝杆菌种而言，其病原性或致病性是稳定的性状。但是，毒力是菌株的特性，因此并不是一个完全稳定的特性。在人工培养基上多次传代往往会导致毒力下降，甚至显示解离现象，出现减毒和无毒菌落。在实验室中短时期多次传代后也可发现毒株对小鼠毒力暂时下降，但在通过小鼠后可获得恢复。由此可见，结核分枝杆菌的毒力产生是很复杂，菌毒力表达的调控与菌、宿主两方面因素有关。在不同生态地理环境流行的结核分枝杆菌也会出现各野生株毒力的离散。在南印度区域主要的流行株对豚鼠毒力弱，但对小鼠的毒性并无变化。而在中国、日本和欧美仍以强毒株占优势。

Ordway等指出，毒力和在体内生长速度有关。在气雾感染C57BL／6小鼠20～50个细菌后，15株随机选择来自不同地区和耐药类型的临床分离株在肺内生长可分为生长非常缓慢的低毒或无毒株和快速生长的有毒株。但是，实际上体内生长缓慢应该只是毒力的一种表型。

由于缺乏明确的病原性物质，至今结核分枝杆菌病原性和毒力测定的最后评价仍沿用感染动物的方法。Feldmann建立的病变和脏器指数，小鼠半数动物存活时间（ST50）都可评价感染株的毒力水平。Mitc只在研究南印度株毒力时采用毒力根指数作为豚鼠毒力衡量指数。毒力根指数为致病指数和解剖或死亡时间（d）之商的平方根。应该指出，在评价毒力时应注意动物种属之间、动物和人体之间的比较生物学差异，所得结论不宜轻易推定到其他种类的动物。

二、病原性因子

结核分枝杆菌的病原性是通过在宿主组织中抵抗宿主防御机制而得以增殖来实现的。有毒株能适应组织内生长环境，代谢向厌氧方向偏移，获得了在低氧分压组织细胞中生长和持续存活的能力。Rerco于1953年建立了一些与病原性相关的体内生长指数，如起始生长速率、生长动力学和组织中持续存活能力等。细胞病原学研究表明，结核分枝杆菌在单核－巨噬细胞内生长的结果是吞噬细胞裂解、诱发更强的变态反应、强化组织坏死反应。

多年研究表明，结核分枝杆菌的病原性物质基础为结核分枝杆菌缺乏明确的外毒素、侵袭酶类和内毒素。在结核病学发展的不同历程中总有一些物质被当作病原性因子发现，但未能进一步证实或随即就被否定了。

索状因子（海藻糖双分枝菌酸）是经常提及的病原性因子。实验证明，索状因子可破坏线粒体上呼吸和磷酸化酶系，微克数量的索状因子可致死小鼠，但对大鼠无效。Yamagami指出，索状因子可诱导非特异性外源物的非免疫性和细胞依赖性的超敏免疫性肉芽肿，刺激趋化因子和免疫调控因子分泌。索状因子攻击的免疫小鼠的病变重于未免疫小鼠，因此认为索状因子是结核病病原性的重要多效性分子。

硫苷脂曾被认为是减毒指示脂质。20世纪20年代，由结核分枝杆菌提取到一组硫苷脂，硫苷脂Ⅰ、硫苷脂Ⅱ和硫苷脂Ⅲ。比较研究发现，硫苷脂含量与毒力相关，无毒株缺乏。硫苷脂可改变肝细胞线粒体膜氧化磷酸化活性，干扰腹水巨噬细胞溶酶体与吞噬小体融合，阻碍人单核细胞活化，并可使活化细胞脱活。但随后也发现强毒株也可缺失此硫苷脂。

脂阿拉伯甘露聚糖（LAM）可抑制外周血淋巴细胞对结核分枝杆菌抗原反应性，抑制γ－干扰素介导的巨噬细胞活化。在肉芽肿组织中分离的巨噬细胞中发现丰富的LAM。

磷脂是在20世纪30年代发现的病原性因子。将磷脂腹腔注射于家兔，可产生典型的结核样组织坏死性病变。体外实验发现，磷脂刺激单核细胞增生，增强变态反应性，促进肉芽肿和干酪性坏死。结核分枝杆菌也具有解毒因子，如细胞色素P450、环氧化物水解酶等，对抗一些对细菌不利的因子。

多年来发现了很多结核分枝杆菌“病原性因子”（或“毒力因子”），它们都在某种程度上解释了离体和动物体内的病原性，但均无法全部解释结核分枝杆菌的病原性。人们愈来愈相信，结核分枝杆菌病原性本质可能是依存于一系列促进其胞内生长并产生宿主免疫学反应的“毒力”因子或数个因子系列协同的结果。这种多方面、多阶段，以及各阶段又由多基因控制的复杂性，自然增加了结核分枝杆菌病原性和毒力研究的难度。因此，目前尚未发现真正的结核分枝杆菌毒力基因，而是分析了一些和毒力现象相关联的编码基因，称为毒力相关基因。

三、毒力基因

著名的Koch三原则是鉴定病原菌必须遵循的原则。因此，在毒力基因、耐药基因及其突变的鉴定中也同样遵循演变的分子生物学三原则，即①野生株分离出点突变的无毒突变株；②克隆野生株可疑毒力基因；③此野生株毒力基因可导致无毒力突变株可回复野生型毒力。

鉴于上述毒力现象的多基因协同特点，研究初期常采用H37Rv和无毒解离株H37Ra的比较研究已不再被学者认同。

进行病原性基因鉴定的方法很多，包括信使RNA差异显示、代理宿主分析、转位子诱变、插入突变、报道基因鉴定等。

结核分枝杆菌不产生内毒素、外毒素及侵袭酶，其致病性可能是细菌在组织细胞内大量繁殖引起炎症、菌体成分和代谢物质的毒性，以及菌体成分产生的免疫损伤有关。结核分枝杆菌的致病物质主要是荚膜、脂质和蛋白质。

1．荚膜 其主要成分为多糖，部分为脂质和蛋白质。其对结核分枝杆菌的作用有以下几方面。

（1）荚膜能与吞噬细胞表面的补体受体3（CR3）结合，有助于结核分枝杆菌在宿主细胞上的黏附与入侵。

（2）荚膜中有多种酶可降解宿主组织中的大分子物质，供入侵的结核分枝杆菌繁殖所需的营养。

（3）荚膜能防止宿主的有害物质进入结核分枝杆菌，甚至如小分子NaOH也不易进入。故结核标本用4%NaOH消化时，一般细菌很快杀死，但结核分枝杆菌可耐受数十分钟。结核分枝杆菌入侵后荚膜还可抑制吞噬体与溶酶体的融合。

2．脂质 结核分枝杆菌毒力与其所含的脂质成分有关，尤其是糖脂更为重要。

（1）索状因子（cord factor）：存在于有毒力的结核分枝杆菌细胞壁中，是分枝杆菌和海藻糖结合的一种糖脂，是细菌在液体培养基中能形成盘旋的索状生长现象。此因子与结核分枝杆菌的毒力密切相关。它的主要毒性是损伤细胞线粒体和抑制氧化磷酸化过程，且能抑制粒细胞的游走和引起慢性肉芽肿。

（2）磷脂：能促进单核细胞增生，并使炎症灶中的巨噬细胞转变为类上皮细胞，从而形成结核结节。

（3）硫酸脑苷脂（sulfatides）：是有毒细胞壁的成分，能抑制溶酶体同吞噬体的结合，减缓了溶酶体对结核分枝杆菌的分解、杀伤作用，使细菌在吞噬细胞内长期存活。

（4）蜡质D：是一种肽糖脂和分枝菌酸的复合物，可从有毒珠或卡介或苗中用甲醇提出，具有佐剂作用，激发机体产生迟发性超敏反应。

3．蛋白质 有抗原性，与蜡质D结合后能使机体发生超敏反应，引起组织坏死和全身中毒症状，并在形成结核结节中发挥一定作用。