第二节 细菌的毒力因子及分泌系统
构成细菌毒力的物质称为毒力因子（virulent factor），主要有侵袭力和毒素，此外有些毒力因子尚不明确。近年来的研究发现，细菌的许多重要毒力因子的分泌与细菌的分泌系统有关。
一、侵袭力（invasiveness）
侵袭力病原微生物在机体内定殖，突破机体的防御屏障，侵入组织或细胞，在其中生长繁殖，并能深入扩散的能力，这种能力称为侵袭力。与侵袭力有关的因子有以下几方面：
1．粘附素（adhesin ） 凡细菌表面能与机体的细胞或组织表面受体（多为糖蛋白）粘附的结构成分，统称为粘附素。如革兰阴性菌的菌毛、某些外膜蛋白，革兰阳性菌的脂磷壁酸（LTA）等。粘附使细菌在宿主消化道、呼吸道、泌尿生殖道等处定殖（colonization），是细菌感染的第一步。病毒感染也首先以衣壳或囊膜吸附在宿主细胞的受体上。
2．抗宿主防御机制的各种因子 病原菌粘附于细胞或组织表面后，进一步发挥各种因子的作用，干扰或抑制宿主的防御机制，得以在体内增殖。如链球菌溶血素等的外毒素，具有破坏吞噬细胞或诱导细胞凋亡的作用；细菌的荚膜、脂多糖、外膜蛋白等具有对抗吞噬细胞、补体、抑制抗体产生等作用；一些细菌分泌的蛋白酶有降解抗体的作用；一些细菌粘附到细胞表面后，能进入细胞内，即内化作用（internalization），也可躲避宿主的免疫防御作用。
3．有利于病原菌在机体内扩散的酶类 病原菌的扩散与其产生的多种酶类有关。如葡萄球菌、链球菌产生的透明质酸酶，可溶解机体结缔组织中的透明质酸，使结缔组织疏松，通透性增强，便于病原菌在组织中扩散。链球菌产生的溶纤维蛋白酶，能溶解纤维蛋白凝块，使血凝块溶解或阻碍血浆凝固，也有利于细菌扩散和蔓延。还有各种病原菌产生的多种酶类，如胶原酶、凝血浆酶、磷脂酶、卵磷脂酶、脱氧核糖核酸酶等，均有助于病原菌在机体内迅速扩散。
内化作用（internalization）：指某些细菌粘附于细胞表面之后，能进入吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程。结核杆菌、李氏杆菌、衣原体等严格的胞内寄生菌及大肠杆菌、沙门氏菌、耶尔森菌等胞外寄生菌的感染都离不开内化作用，这些细菌一旦丧失进入细胞的能力，毒力则显著下降。
内化作用对细菌的意义在于，细菌通过这种移位作用进入深层组织，或进入血循环，细菌借以从感染的原发病灶扩散至全身或较远的靶器官。宿主细胞为进入其内的细菌提供了一个增殖的小环境和庇护所，使细菌逃避宿主免疫机制的杀灭。
在体内增殖 细菌在宿主体内增殖是感染的核心问题，增殖速度对致病性极其重要，如果增殖较快，细菌在感染之初就能克服机体防御机制，易在体内生存。反之，若增殖较慢，则易被机体清除。
铁是许多细菌生长所必需，然而宿主体内无游离铁存在，细菌通过获铁系统为细菌生长提供所需的铁，获铁系统包括生产和利用载铁体或直接利用宿主的含铁化合物，如血红转铁蛋白、乳铁蛋白等。
赤藓醇（erythrito1）能刺激布氏杆菌在体内的生长。雄性及妊娠母畜生殖系统中有赤藓醇存在，因此布氏杆菌可在其中大量增殖，其感染局限于生殖系统。
在体内扩散 细菌分泌的蛋白酶称为胞外蛋白酶（extracellular proteinase），它们具有多种致病作用，例如激活外毒素、灭活血清中的补体等，有的蛋白酶本身就是外毒素。此外，最主要的作用是作用于组织基质或细胞膜，造成它们的损伤，增加其通透，有利于细菌在体内的扩散性。此类常见的有①透明质酸酶（hyaluronidase），分解结缔组织的透明质酸，葡萄球菌、链球菌等可产生。②胶原酶（collagenase），主要分解ECM中的胶原蛋白，如梭菌、气单胞菌等。③神经氨酸酶（neuraminidase），主要分解肠粘膜上皮细胞的细胞间质，霍乱弧菌及志贺菌可产生。④磷脂酶（phospholipase）又名。毒素，可水解细胞膜的磷脂，产气荚膜梭菌产生。⑤卵磷脂酶（1ecithinase），分解细胞膜的卵磷脂，产气荚膜梭菌产生。⑥激酶（kinase），能将血纤维蛋白溶酶原激活为血纤维蛋白溶酶。包括链球菌产生的链激酶和葡萄球菌等产生的激酶，以分解血纤维蛋白，防止形成血凝块。⑦凝固酶（coagulase），细菌在体内的扩散也可通过内化作用完成。特别是细胞结合性凝固酶，可为细菌提供抗原伪装外，使之不被吞噬或机体免疫机制所识别。见于致病性金黄色葡萄球菌。
二、毒素（toxin）
细菌毒素按其来源、性质和作用等的不同，可分为外毒素和内毒素两大类。在大多数情况外毒素一般简称毒素。
（一）外毒素（exotoxin）
是某些病原菌在生长繁殖过程中所产生的对宿主细胞有毒性的可溶性蛋白质。大多数外毒素在菌体内合成后必须分泌于胞外，故名“外毒素”。但也有少数外毒素存在于菌体细胞的胞周间隙，只有当菌体细胞裂解后才释放至胞外。
多种细菌能产生外毒素，革兰氏阳性菌主要有破伤风杆菌、炭疽杆菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌等；革兰氏阴性菌中有大肠杆菌、霍乱弧菌、铜绿假单胞菌、气单胞菌、多杀性巴氏杆菌等。
1．特性 通常具有菌种特异性，如破伤风梭菌产生破伤风毒素、炭疽杆菌产生炭疽毒素、霍乱弧菌产生霍乱毒素等。
外毒素的毒性作用极强，如lmg纯化的肉毒毒素能杀死2000万只小鼠。破伤风毒素对小鼠的致死剂量，是马钱子碱的106倍。
外毒素的毒性具有高度的特异性。不同细菌产生的外毒素，对机体的组织器官有一定的选择作用，引起特征性的病症。如破伤风毒素选择性地作用于脊髓前角运动神经细胞，引起肌肉的强直性痉挛；而肉毒毒素选择性地作用于眼神经和咽神经，引起眼肌和咽肌麻痹。但是，也有一些毒素具有相同的作用，霍乱弧菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、气单胞菌等许多细菌均可产生作用类似的肠毒素。
外毒素具有良好的免疫原性，可刺激机体产生特异性的抗体，而使机体具有免疫保护作用，这种抗体称为抗毒素（antitoxin），可用于紧急治疗和预防。外毒素在0.4%甲醛溶液作用下，经过一段时间可以脱毒，但仍保留原有抗原性，称之为类毒素（toxoid）。类毒素注入机体后，仍可刺激机体产生抗毒素，可作为疫苗进行免疫接种。
多数外毒素不耐热，一般在60-80℃经10-80min即可失去毒性，但也有少数例外，如葡萄球菌肠毒素及大肠杆菌热稳定肠毒素（ST）能耐100℃30min。
外毒素与酶都是蛋白质，许多性质相似，如易被热、酸及蛋白水解素酶灭活，具有很高的生物学活性，并具特异性。实际上许多外毒本身具有酶的催化作用，如大肠杆菌热敏肠毒素（LT）、霍乱毒素、肉毒毒素、破伤风毒素等。
2．组成 大多数外毒素由A、B两种亚单位组成，有多种合成和排列形式。A亚单位为毒素的活性中心，称活性亚单位，决定毒素的毒性效应。B亚单位称结合单位，能使毒素分子特异性地结合在宿主易感组织的细胞膜受体上，并协助A亚单位穿过细胞膜。A、B亚单位单独均无毒性，A亚单位必须在B亚单位的协助下，结合至受体释放到细胞内，才能发挥毒性作用，因此毒素结构的完整性是其致病的必备条件。B亚单位可单独与细胞膜受体结合，并阻断完整毒素的结合，B亚单位可刺激机体产生相应的抗体，从而阻断完整毒素结合细胞，可作为良好的亚单位疫苗。
（二）内毒素（endotoxin）
内毒素特指革兰氏阴性菌外膜中的脂多糖（LPS）成分，细菌在死亡后破裂或用人工方法裂解菌体后才释放。革兰氏阳性菌细胞壁中的脂磷壁酸（LTA）具有LPS的绝大多数活性，但无致热功能。螺旋体、衣原体、立克次体亦含有LPS。
1．特性 内毒素耐热，加热100℃经1h仍不被破坏，必须加热160℃经2-4h，或用强酸、强碱或强氧化剂煮沸30min才失活。不能被甲醛脱毒成类毒素。内毒素的抗原性较弱，将内毒素注入机体可产生针对其中多糖抗原的相应抗体，但此抗体并无中和内毒素毒性的作用。
2．组成 LPS由O特异多糖侧链、非特异核心多糖和类脂A三个部分组成。具有毒性的部分是类脂A，由一个磷酸化的N乙酰葡萄糖胺（NAG）双体和6-7个饱和脂肪酸组成，它将LPS固定在革兰氏阴性菌的外膜上。类脂A高度保守，肠杆菌科细菌的类脂A结构完全一样，因此所有革兰氏阴性菌内毒素的毒性作用都大致相同，引致发热、血循环中白细胞骤减、弥散性血管内凝血、休克等，严重时亦可致死。
检测 目前通用鲎试验（Limulus assay）。东方鲎（Tachypleus tridentatus）或美洲鲎（Limulus polyphemus，英文名horseshoe crab）均是海洋节肢动物，其血液中的有核变形细胞能被内毒素所裂解。商品化的试剂则是用鱼变形细胞溶解物（Limulus amebocyte lysate，LAL）试剂，待检样本中的内毒素与之相遇，激活LAL中的凝固酶原成为凝固酶，进而使凝固蛋白凝聚成凝胶状态。此法敏感，可检出0.01-lng/ml的内毒素。
外毒素和内毒素的主要区别参见下表。
区别要点 | 外毒素 | 内毒素 |
来源 | 革兰阳性菌与部分革兰阴性菌 | 革兰阴性菌 |
存在部位 | 由活菌分泌到菌外，少数是细菌崩解后释出 | 细胞壁组分，菌裂解后释出 |
化学成分 | 蛋白质 | 脂多糖 |
稳定性 | 60-80℃，30分钟被破坏 | 160℃，2-4小时才被破坏 |
作用方式 | 与细胞的特异受体结合 | 刺激宿主细胞分泌细胞因子、血管活性物质 |
毒性作用 | 强，对组织器官有选择性毒害效应，引起特殊临床表现 | 较弱，各菌的毒性效应大致相同，引起发热、白细胞增多、微循环障碍、休克、DIC等 |
抗原性 | 强，刺激机体产生抗毒素；甲醛液处理脱毒形成类毒素 | 弱，刺激机体产生的中和抗体作用弱；甲醛液处理不形成类毒素 |
