肠杆菌科是由一大群生化和遗传上相关的中等大小杆菌所组成。其共同特性为：革兰氏阴性、非抗酸性、无芽胞的兼性厌氧菌，0.3-1.0μm×l.0-6.0μm，除塔特姆菌属为一端或侧生鞭毛外，都以周生鞭毛运动，或者不运动，有或无荚膜。绝大多数在普通培养基上生长良好，一般都能在麦康凯培养基上生长。有机化能营养，呼吸型和发酵型代谢，不嗜盐。发酵D葡萄糖、其他碳水化合物及多羟基醇时产酸或兼产气。除志贺菌属的1个血清型及从昆虫分得的一种致病杆菌外，都产生过氧化氢酶，但氧化酶均为阴性。除某些欧文菌及少数耶尔森菌的菌株外，均能还原硝酸盐。DNA中G十Cmo1%为38-60。除菊欧文菌（Erwiniachrysanthemi）外，均具有本科细菌的共同抗原（ECA）。本科的代表菌属为埃希菌属（Escherichia）。

    本科细菌广泛分布于自然界，包括腐生菌、寄生菌和人及动物的病原菌。许多属种寄居于人和动物的肠道内，成为正常肠道菌群的重要成员之一，只有少数生活在植物及水和土壤中。沙门氏菌属、志贺菌属、以及埃希菌属和耶尔森菌属的部分成员对人和动物或二者之一具有广泛的致病性，在公共卫生和兽医临诊上都有重要意义。

    根据生化反应、血清学试验、DNA同源性研究，本科至少包括28个菌属，110个以上的菌种。对属内各菌种或菌型鉴定，除按生化特性区别外，有时可根据其致病性、抗原结构或对某些噬菌体的敏感性等项来决定。对埃希菌、沙门氏菌属等各菌株的鉴定，常用血清凝集反应来分型，不一定用菌种名，而称血清型。

第一节  埃希菌属（Escherichia）

    本属现有5个种，其中最重要的种是大肠埃希菌（E. coli），俗称大肠杆菌，下分血清型。本菌系人和温血动物肠道内正常菌群成员之一，人和动物出生后数小时即可经口进入消化道后段，大量繁殖而定居，终生伴随，并经粪便不断散播于周围环境。故大肠杆菌在环境卫生和食品卫生学上，常被用作粪便直接或间接污染的检测指标。本菌还是分子生物学和基因工程中重要的实验材料和研究对象。

    形态及染色特性  大肠杆菌为革兰氏阴性无芽胞的直杆菌，大小0.4-0.7μm×2-3μm，两端钝圆，散在或成对，大多数菌株以周生鞭毛运动，但也有无鞭毛或丢失鞭毛的无动力变异株。一般均有1型菌毛，少数菌株兼具性菌毛，多数对人和动物致病的菌株还常有与毒力相关的特殊菌毛。除少数菌株外，通常无可见荚膜，但常有微荚膜。碱性染料对本菌有良好着色性，菌体两端偶尔略深染。

    培养及生化特性  本菌为兼性厌氧菌，在普通培养基上生长良好，最适生长温度为37℃，最适生长pH为7.2-7.4。S型菌株在肉汤中培养18-24h，呈均匀浑浊，管底有黏性沉淀，液面管壁有菌环。在营养琼脂上生长24h后，形成圆形凸起、光滑、湿润、半透明、灰白色菌落，直径约2-3mm；麦康凯琼脂上形成红色菌落；在伊红美蓝琼脂上产生黑色带金属闪光的菌落； 在SS琼脂上一般不生长或生长较差，生长者呈红色。一些致病性菌株在绵羊血平板上呈β溶血。

    本菌能发酵多种碳水化合物产酸产气。大多数菌株可迅速发酵乳糖，仅极少数迟发酵或不发酵。约半数菌株小分解蔗糖。几乎均不产生硫化氢，不分解尿素。吲哚和甲基红试验均为阳性，VP试验和枸橼酸盐利用试验均为阴性。

  抗原及血清型  大肠杆菌抗原主要有O、K和H三种，它们是本菌血清型鉴定的物质基础。迄今，已确定的大肠杆菌O抗原有173种，K抗原有80种，H抗原有56种。因此，有人认为自然界中可能存在的大肠杆菌血清型可高达数万种，但致病性大肠杆菌的血清型数量是有限的。

    O抗原是S型菌的一种耐热菌体抗原，121℃加热2h不破坏其抗原性。它的抗原特异性决定于LPS的特异多糖侧链的结构。当S型菌体丢失该部分结构时，即变成R型菌，O抗原也随之丢失。这种菌株无法作分型鉴定。每个菌株只含有一种O抗原，其种类以阿拉伯数字表示，可用单因子抗O血清做玻板或试管凝集试验鉴定之。

    K抗原是菌体表面的一种热不稳定抗原，多存在于被膜或荚膜中，个别位于菌毛中。具有K抗原的菌株不会被其相应的抗O血清凝集，称为O不凝集性。根据耐热性不同，K抗原又分成L、A和B三型。一个菌落可含1-2种不同K抗原，也有无K抗原的菌株。在80种K抗原中，除K88和K99是两种蛋白质K抗原外，其余均属多糖K抗原。

    L型K抗原对热敏感，100℃加热1h即可破坏其抗原性，并使其丢失与相应抗体的结合力和凝集性，多位于被膜中，偶见于荚膜或菌毛（K88和K99）中。A型K抗原能耐100℃1h，但121℃即可破坏其抗原性和O不凝集性，而仍保留与相应抗体的结合力，位于荚膜中。B型K抗原，100℃加热1h可破坏其抗原性和与相应抗体的凝集性，但仍保留其与相应抗体的结合力。1977年经Φrskov等研究表明，原抗原表中31个B型K抗原实际上就是O抗原，在新抗原表中已将它们删去，并建议不再使用这些B型K抗原名称。

    H抗原是一类不耐热的鞭毛蛋白抗原，加热至80℃或经乙醇处理后即可破坏其抗原性。每一有动力的菌株仅含有一种H抗原，且无两相变异。无鞭毛菌株或丢失鞭毛的变种则不含H抗原。H抗原能刺激机体产生高效价凝集抗体。

    根据对大肠杆菌抗原的鉴定，可用O∶K∶H排列表示其血清型。如O₈∶K₂₃∶H₁₉，即表示该菌有O抗原8，L型K抗原23，H抗原为19。对致人和幼畜腹泻的产肠毒素大肠杆菌 （ETEC），除含酸性多糖K抗原外，还可含有蛋白质性粘附素抗原。故这类菌株的粘附素抗原应并列写于酸性多糖K抗原之后。如O₈∶K₈₇，K₈₈∶H₁₉中K₈₈即为粘附素抗原F4。

    致病性  大肠杆菌在人和动物的肠道内，大多数于正常条件下是不致病的共栖菌，在特定条件下 （如移位侵入肠外组织或器官）可致大肠杆菌病（Colibacilosis）。但少数大肠杆菌与人和动物的大肠杆菌病密切相关，它们是病原性大肠杆菌，正常情况下极少存在于健康机体内。根据毒力因子与发病机制的不同，Gyles认为与动物疾病有关的病原性大肠杆菌可分为五类：产肠毒素大肠杆菌（Enterotoxigenic  E. coli，ETEC），产类志贺毒素大肠杆菌（Shiga-like toxigenicE. coli，SLTEC），肠致病性大肠杆菌（Enteropathogenic E. coli，EPEC），败血性大肠杆菌（Septicaemic E. coli，SEPEC）及尿道致病性大肠杆菌（Uropathogenic E. coli，UPEC）。其中研究的最清楚的是前二类。 

   产肠毒素大肠杆菌（ETEC）  ETEC系一类致人和幼畜（初生仔猪、犊牛、羔羊及断奶仔猪）；腹泻最常见的病原性大肠杆菌，其致病力主要由粘附素性菌毛和肠毒素两类毒力因子构成，二者密切相关且缺一不可。初生幼畜被ETEC感染后常因剧烈水样腹泻和迅速脱水死亡，发病率相死亡率均很高。

粘附素性菌毛系人和动物ETEC的一类特有菌毛，因其能粘附于宿主的小肠上皮细胞，故又称其为粘附素（adhesin）或定居因子（co1onizationfactor），对其抗原亦相应称作粘附素抗原 （adhesin antgen）或定居因子抗原（CFA）。迄今，在动物ETEC中已发现的粘附素主要有F4 （K88）、F5（K99）、F6（987P）和F41，其次为F42和F17（旧称为FY或Att₂₅）。在人源ETEC中主要有CFAⅠ （F2）、CFAⅡ（F3）和CFAⅢ。粘附素虽然不是导致宿主腹泻的直接致病因子，但它是构成ETEC感染的首要毒力因子。ETEC必须首先粘附于宿主的小肠上皮细胞，才能避免肠蠕动和肠液分泌的清除作用，并得以在肠内定居和繁殖，进而发挥致病作用。

    肠毒素是ETEC在体内或体外生长时产生并分泌到胞外的一种蛋白质性毒素，按其对热的耐受性不同可分为不耐热肠毒素（heat-1abileenterotoxin，LT）和耐热肠毒素（heat-stableenterotoxin， ST）二种。在动物ETEC中，只有猪源F₄⁺菌株能同时产生LT和ST，其他菌株仅产ST。

    LT对热敏感，65℃加热30min即被灭活。硫酸铵能使其沉淀，福尔马林可将其变为类毒素。作用于宿主小肠和兔回肠可引起肠液积蓄，对Y1和CHO细胞具有引起病变的毒性作用。它的活性和抗原性与霍乱弧菌毒素（Cr）十分相似，二者抗血清对毒素具有交互中和作用。LT和CT在分子结构上也有同源性。LT全毒素分子量为88000，由1个A亚单位和5个B亚单位组成。A亚单位分子量为28000，还可分成A1和A2两个亚基，其中A1是LT的毒性部位，能直接导致宿主肠上皮细胞液体分泌亢进而引起水样腹泻。B亚单位分子量为12000，无毒性而有免疫原性，能与小肠上皮细胞表面GMl神经节苷酯受体相结合。    

    ETEC的致病机制是通过口腔进入易感宿主的小肠，以其菌毛粘附素与小肠上皮细胞的微绒毛和细胞表面的受体相结合，并牢固地粘附于肠粘膜上，以抵御肠蠕动和流动肠液的冲刷作用，从而定居在肠内，大量繁殖。此时大量产生并释放肠毒素，对其靶细胞产生毒性作用。LTI以其B亚单位与小肠上皮细胞表面的GMl神经节苷脂受体相结合，而分子内的A亚单位则经细胞膜孔进入细胞内，活化胞内腺苷酸环化酶（adenylcyclase），导致环单磷酸腺苷（cAMP）浓度升高，使肠细胞分泌机能亢进，大量液体从细胞溢出，肠绒毛细胞吸收功能则降低，造成在肠管田水和电解质大量积蓄，引起水样腹泻和迅速脱水。LT-Ⅱ与LT-Ⅰ在酶活性与腺苷酸环化酶的作用方式上相似，但结合的受体不同，LT-Ⅱa的最佳受体是GDlb神经节苷脂，而LT-Ⅱb则为GDla神经节苷脂。STI的毒性作用与其能选择性地激活小肠上皮细胞上鸟苷酸环化酶（guanylcyclase）刺激肠内环单磷酸鸟苷（cGMP）量增高，导致肠内水盐代谢平衡失调而导致腹泻.siⅡ的作用机制尚不清楚。    

    产类志贺毒素大肠杆菌（SLTEC），又称产Vero细胞毒素大肠杆菌（VTEC），系一类在体内或体外生长时可产生类志贺毒素（Shiga-tiketoxin，SLT）的病原性大肠杆菌。引起婴、幼儿腹泻的EPEC以及引起人出血性结肠炎和溶血性尿毒综合征的肠出血性大肠杆菌（Enterohemorrhagic E. coli，EHEC）都产生这类毒素。在动物，SLFEC可致猪的水肿病，以头部、肠系膜和胃壁浆液性水肿为特征，常伴有共济失调、麻痹或惊厥等神经症状，发病率较低但致死率很高近年来，发现SLTEC与犊牛出血性结肠炎有密切关系，在致幼兔腹泻的大肠杆菌菌株中也查到SLT。引起猪水肿病的SLTEC有两类毒力因子。

    粘附性菌毛在1990年Bertsching等首次报道，从致猪水肿病的大肠杆菌分离，将此菌毛命名为F107，现统一命名为F18。已克隆F18菌毛主要亚单位编码基因（fedA），fedA基因的一个可译框架可编码170个氨基酸，含21个氨基酸信号肽，不含信号肽的蛋白质推测分子量为15099。大多数主要O抗原群（O139、O141、O138）的猪水肿病菌株都有fedA基因，并且大多数菌株的fedA基因与编码猪水肿病菌株特有的毒素（SLT-2e）基因相关。F18菌毛是猪水肿病的SLTEC菌株的一个重要的毒力因子，它有助于细菌在猪肠粘膜上皮细胞定居和繁殖。

    致水肿病2型类志贺毒素（SLT-2e或SLT-2v）系引起猪水肿病的SLTEC所产生的一种蛋白质性细胞毒素。用粗制的或纯化的SLT-2e静脉或腹腔注射适龄仔猪，均能复制出与天然病例相似的水肿病，SLT-2e是直接导致该病发生的主要毒力因子。此毒素是类志贺毒素（SLT-1和SLT-2）家族中的一员，其生物学活性与志贺毒素及其他SLT十分相似。尽管，它与SLT-2同属一个抗原群，其毒性可被抗SLT-2血清中和，但SLT-2e只对Vero细胞有毒性，不像SLT-1和SLT-2那样还可致HeLa细胞病变。SLT-2e的B亚单位与靶细胞细胞膜结合的最佳受体是球丁糖基神经酰胺（Gb4），而SLT-1和SLT-2的受体是球丙糖基神经酰胺（Gb3）。不过，这族毒素的A亚单位在细胞内的毒性作用方式是相同的，即通过其N糖苷酶（N-G1ycosidase）活性，可脱去真核细胞rRNA的28S亚基上的一个特定的腺嘌呤残基，使氨酰基tRNA不能与核糖体结合，从而阻断了细胞内蛋白质的合成，导致细胞死亡。

    现已证明，该病是一种肠毒血症，其发病机制为，大肠杆菌以其菌毛（如F18）粘附于小肠上皮细胞，定居和繁殖的细菌在肠内产生SLT-2e并被吸收。毒素的吸收首先是通过该毒素的B亚单位与肠上皮细胞的Gb4受体发生特异性结合，随后，A亚单位进入细胞内并发挥上述毒性作用造成细胞死亡和组织病变。由于SLT-2e和其他SLT一样，也是一种血管毒素，因此当其被肠道吸收后，可在不同组织器官内引起血管内皮细胞损伤，改变血管的通透性，导致病猪出现水肿和典型的神经症状。神经症状是由脑水肿所致，并非是毒素对神经细胞的直接作用。

    SLT和VT是同一种毒素的同义名，系人源EHEC和人与动物源EPEC以及猪水肿病菌株所产生的一族包括几种不同抗原性的细胞毒素之总称。迄今，已分离、纯化和定性的三种抗原性不同的SLT是SLT1（VT1）、SLT-2（VT2）以及SLT-2e（SLT-2e或VTe）。后者与猪水肿病相关，它是SLT-2的变异体。

微生物学诊断  对败血症病例可无菌采集其病变的内脏组织，直接在血琼脂或麦康凯平板上划线分离培养。对幼畜腹泻及猪水肿病病例应取其各段小肠内容物或粘膜刮取物以及相应肠段的肠系膜淋巴结，分别在麦康凯平板和血平板上划线分离培养。挑取麦康凯平板上的红色菌落或血平板上呈β溶血（仔猪黄痢与水肿病菌株）的典型菌落几个，分别转种三糖铁（TSl）培养基和普通琼脂斜面做初步生化鉴定和纯培养。将TSI琼脂反应模式符合埃希氏菌属的生长物或其相应的普通斜面纯培养物做O抗原鉴定，与此同时按常规项目进行生化试验，以确定分离株是否为大肠杆菌。在此基础上，通过对毒力因子的检测便可确定其属于何类致病性大肠杆菌。

    对ETEC各种粘附素性抗原的鉴定，应先将待检菌株于粘附素专用培养基上37℃培养24h（F4培养基为TSA，F5和F41为Minca，F6为S1anetz），培养物用已知的各种粘附素单因子血清或单克隆抗体，作玻板凝集，或用免疫荧光、ELISA等其他血清学方法鉴定之，也可用MRHA及其抑制试验（MRHl）以及体外肠上皮细胞吸附与吸附抑制试验加以鉴定。

    对ETEC肠毒素检测已有许多方法，一般实验室常用的LT检测方法有：Y1小鼠肾上腺细胞或中国仓鼠卵巢细胞（CHO）培养法、平板免疫溶血试验、夹心红细胞免疫试验、夹心ELISA、兔回肠结扎肠试验、兔皮肤蓝斑试验法等；检测ST常用方法有：乳鼠胃内投服试验、GMl-ELISA等。

    对SLT-2的检测，目前主要用该毒素的粗提或纯化物做Vero细胞毒性试验和小鼠神经毒性试验，并以抗SLT-2e血清或单克隆抗体做中和试验鉴定。

    防治  目前国内外已有多种多样预防幼畜腹泻的实验性或商品化菌苗。大体上可包括以抗粘附素免疫为基础的含单价或多价菌毛抗原的灭活全菌苗或亚单位苗；以抗肠毒素免疫为主的类毒素苗或LT-B亚单位苗；表达一种或两种粘附素以及同时表达一种粘附素和LT-B的基因工程菌苗等。用这些菌苗免疫怀孕母畜后，均能使其后代从初乳中获得抗ETEC感染的被动保护力。虽然免疫力因菌苗组成不同有所差异，但保护力均较强或很强。一般地说，多价粘附素菌苗的免疫效果优于单价粘附素菌苗；肠毒素苗虽然可使免疫动物同时抵抗众多粘附素型ETEC攻击，但效果似乎不及粘附素菌苗。