毒素在動物疾病防治中的產生及危害

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毒素在動物疾病防治中的產生及危害   

    動物疾病的發生和發展往往是多種因素綜合作用的結果，包括動物本身的免疫能力與免疫狀態、病原微生物的致病力、飼料營養水平、管理條件、飼養環境、天氣變化等，因此預防和治療動物疾病必須圍繞這些因素并采取綜合措施，從動物機體抵抗力的增強、快速徹底殺滅致病微生物、改善飼養管理條件和環境衛生等方面著手。
尤其是對于細菌感染性疾病的控制，人們通常選用抗菌藥并配合其它綜合措施進行處理，但收效不理想甚至根本無效，其中的原因很多，諸如診斷不準確、藥物的敏感性不高、給藥劑量不足或過大、給藥途徑不當、治療的療程不夠、治療不及時等等，而“細菌毒素是某些動物疾病的主要致病因子”卻不被更多的基層獸醫和養殖戶所熟悉，因而也未能對此采取有效的防范措施。要提高動物疫病的治愈率，迅速恢復動物的生產性能，我們認為必須關注細菌毒素的致病機制、致病作用及其有效的防范措施。
1  細菌毒素的致病機制與致病作用
1.1 細菌毒素概述
Pfeiffer從革蘭氏陰性菌（GNB）中發現了具有生物學活性的對熱穩定的內毒素（也稱脂多糖，LPS）以來，人們對LPS對機體免疫系統影響的雙重性，以及其在GNB引起的敗血癥休克中的特殊作用不斷深入。隨著抗生素在臨床上的廣泛應用，GNB感染的發生率及特征均發生了明顯變化，而且由GNB感染引起死亡數的增加與抗菌藥的使用程度呈平行關系。GNB感染的發生率上升直接與近年來臨床上抗菌藥的濫用、浸入性外科技術的發展和免疫抑制劑應用的增加等因素有關。
LPS是暴露于GNB細胞外壁外膜表面的由O特異鏈、核心多糖和類脂A三部分組成的分子。O特異鏈結構是LPS中最易發生變化的部分，它的多樣性決定了不同GNB株的抗原特性。此結構也是GNB株的主要抗原決定族部分，它具有GNB型的特異性，可引起型特異性免疫反應。核心多糖主要由庚糖和2-酮基-3-脫氧辛酸（KDO）構成，在LPS結構中起著連接多糖與類脂A的作用。類脂A結構的完整性與LPS的毒性相關，如引起機體發熱、局部反應或致死性休克。類脂A和KDO是LPS中最具有毒性的部分，但也具有激活機體免疫系統，引起機體產生抗體的作用。
不同的細菌常常產生不同的細菌毒素并導致機體不同類型和不同程度的病理損傷，如：腸凝聚性大腸桿菌毒素導致腸炎；大腸桿菌細胞致死腫脹毒素導致仔豬水腫病；產毒素大腸桿菌耐熱性腸毒素II導致仔豬黃白痢；志賀樣毒素導致出血性結腸炎和溶血性尿毒綜合癥；葡萄球菌腸毒素B導致腸炎；支原體毒素導致敗血性肺炎；魏氏梭菌腸毒素導致腹瀉；李氏桿菌溶血素導致腦膜腦炎等等。
目前，學者們對于細菌毒素產生的機制、細菌毒素對機體的影響、細菌毒素的防范、如何利用細菌毒素制備導向藥物等都作了深入的探討。
1.2 細菌毒素的致病機制
細菌LPS所引起的多種生物學效應往往并非是由其直接作用于靶細胞的結果。LPS通常是通過作用于機體內的單核巨噬細胞，誘導該細胞分泌多種介質分子（包括細胞因子、氧自由基、脂類），并借助這些介質分子在局部或隨血液傳播至機體其它部分而發揮效應作用的。其中尤以細胞因子中TNF-α、IL-1、IL-6與GNB感染敗血癥休克的關系更為密切。當介質含量低時，則表現出對動物機體有益的作用，如輕度發熱、激活免疫系統、殺滅微生物；當介質含量過高時，則表現出對動物機體有害的作用，如高熱、低血壓、彌漫性血凝、高血壓、致死性休克等。許多研究結果證實，TNF可引起動物機體一系列的病理生理反應，如發熱、低血壓、乳酸中毒、不可逆休克；IL-1可引起機體發熱、厭食、高血壓、急性期血清蛋白等；IL-1與TNF協同作用可引起血管擴張和白細胞介導的組織壞死，從而導致器官衰竭。因此，LPS誘導巨噬細胞產生的介質分子，一方面可以激活機體局部和整體的免疫系統參與清除細菌感染；另一方面如果細菌感染嚴重，大量細菌在血中繁殖，使循環血中堆積大量的LPS，并與機體各部位的巨噬細胞接觸，引起介質分子的大量產生，則可能導致感染性休克甚至死亡。
機體對GNB感染的反應依賴于GNB和LPS的效應細胞識別，目前認為這種識別為包括血清蛋白與膜受體、LPS與效應細胞上相關受體等在內的復合過程。LPS主要通過三種可能的方式與巨噬細胞膜表面相應的受體發生結合，從而發揮其作用。LPS在體內通過與LBP形成LPS-LBP復合物，并與單核-巨噬細胞表面或血清中可溶性的CD14相關受體結合，誘導效應細胞大量產生一系列繼發的炎性介質，借助這些介質造成對多器官系統的破壞以及一系列連鎖的炎性反應。
1.3 細菌毒素（LPS）引起動物的主要臨床表現與損傷
GNB感染實際上為細菌毒素（LPS）導致的損傷，不同的細菌毒素（LPS）導致的損傷不完全相同，因此患病動物的臨床表現也多種多樣，如發熱、寒冷、嗜睡、嘔吐、腹瀉、被毛逆立、皮膚損傷、結膜潮紅、頭頸部水腫、驚叫、轉圓圈、沖撞等。只要動物出現發熱、低血壓、血小板減少，可診斷為GNB菌血癥；如果有明確的GNB感染病灶的存在，則可診斷為GNB感染敗血癥；如果動物出現神經癥狀、少尿、缺氧、皮膚變色、乳酸中毒等，則可診斷為敗血癥綜合征。
LPS是最終導致動物器官破壞的始動因素，如導致急性腎衰竭、呼吸抑制綜合癥、肝臟衰竭和彌漫性血管內凝血等。因此，目前獸醫臨床上主要針對清除細菌的療法顯然還不足以徹底改善敗血癥動物的預后，應該同時考慮結合采用能特異性清除體內LPS或中和其毒性的治療方法，以提高防治敗血癥的效果。
2　主要細菌毒素的危害與防范
2.1 大腸桿菌毒素的危害與防范
2.1.1大腸桿菌毒素的產生與危害
現在認為大腸桿菌感染動物機體的模型途徑包括：定點吸附在微絨毛上、微絨毛清除一貼近細胞膜、細菌進入上皮細胞影響。在此過程中，一方面是多數大腸桿菌需要依靠特異性菌毛在粘膜上附著吸附及定居，損傷腸道上皮細胞；另一方面是大腸桿菌常常產生一種或多種腸毒素，如不耐熱性腸毒素LTI與LTII，耐熱性腸毒素STI與STII。其中，認為致人類水樣腹瀉的主要是LTI、LTII、STI；STII只與子豬的腹瀉有關。類志賀氏毒素是Vero細胞毒素、水腫病因子、神經毒素和血管毒素的同義詞。據研究，每千克體重僅用3mg純化的SLT-II給青年豬靜脈注射，即可誘發出典型的水腫病。疾病的潛伏期和嚴重程度與毒素劑量密切相關。在人工接種SLT-II后，血壓升高，由于高血壓癥狀的出現晚于水腫，因而它被認為是血管損傷的結果而不是原因。高血壓可以使已經受損的血管的損傷惡化。神經系統病變的發展可能與血流受損而造成的缺氧有關。EAggEC引起豬腹瀉的作用機制為：EaggEC通過菌毛定居于腸絨毛頂端，引起組織病理改變，使腸絨毛變短，絨毛頂端出血、壞死、水腫，粘膜下單核細胞浸潤和中度炎癥反應。繼而EaggEC分泌毒素，毒素與腸細胞上受體結合，作用于回腸粘膜，并粘附于粘膜表面，造成一種微環境，免受蛋白酶或其它物質的降解，且EASTIA激活上皮細胞內cGMP，使其濃度升高，抑制腸壁粘膜對Clˉ的吸收，導致腸內液體大量積聚而致腹瀉。
2.1.2大腸桿菌毒素的防范措施
有效解決大腸桿菌產生毒素的方法是一系列的綜合措施，主要有：降低子豬飼料中的蛋白質含量，避免子豬采食后不能迅速消化而在腸道內形成大腸桿菌生長繁殖的“培養基”；使用對大腸桿菌高度敏感的藥物，如氨基糖甙類藥物、喹諾酮類藥物、β-內酰氨類藥物，常見的有慶大霉素、卡那霉素、甲砜霉素、紅霉素、環丙沙星、蒽諾沙星、青霉素、阿莫西林等，抑制或殺滅大腸桿菌；注射或口服具有抑制腸毒素分泌的藥物，如氯丙嗪、硫酸黃連素等；使用大腸桿菌抗毒素口服或肌肉注射，如排毒抗腫注射液、獸醫王注射液等，抑制細菌對小腸上皮細胞上受體的結合以及對大腸桿菌產生的腸毒和細胞毒素的中和作用；用無毒力的LT-B腸毒素與無免疫原性的Sta并用來免疫；口服外源性蛋白酶（如菠蘿蛋白酶），抑制F4陽性ETEC在腸粘膜上附著；靜脈或肌肉注射速尿注射液、排毒抗腫注射液（呋塞咪）等，加速毒素排出。如果一味的使用抗菌藥物而不考慮毒素的中和或排出，則臨床的預防效果不理想，而且其治愈率也將大大降低。
2.2 鏈球菌毒素的危害與防范
2.2.1鏈球菌毒素的產生與危害
在臨床健康豬的扁桃體、腸道和糞便中能分離到多種鏈球菌，其中有些鏈球菌是潛在的病原菌。鏈球菌的種類很多，分離于病豬的多數鏈球菌屬于1-8型，莢膜2型、7型、9型、14型占主導菌株，但同一頭豬可能存在幾個莢膜型菌株。致病性鏈球菌能分泌兩種外毒素：致熱外毒素（Spe）和溶血素。致熱外毒素由感染細菌的溫和噬菌體控制，有SpeA、SpeB、SpeC三種血清型，能夠引起毒素休克癥（TSS）。Spe具有超強抗原作用，活化VβT細胞亞群分泌細胞因子。鏈球菌溶血素有兩種，對氧敏感的鏈球菌溶血素O（SLO）和對氧穩定的鏈球菌溶血素S（SLS）。SLO對白細胞有破壞作用；SLS對白細胞和多種組織細胞有破壞作用。致病性鏈球菌能分泌多種與致病有關的酶類：透明質酸酶——分解結締組織透明質酸，使病菌易于在組織中擴散；DNAse——分解膿液，使膿液稀薄，利于細菌擴散；鏈激酶——溶解血塊或阻止血漿凝固，有利于細菌擴散；煙酰胺腺嘌呤二核苷酸酶——對白細胞有毒性；鏈球菌蛋白酶——激發機體發生腎小球腎炎等。
動物感染致病性鏈球菌后，能夠引起組織壞死、多器官衰竭甚至死亡。
根據其感染部位、感染程度的不同，臨床表現也有較大的差異。通常的臨床表現為體溫升高達42℃，精神沉郁，食欲減退，運動失調，走路搖晃，角弓反張，眼球震顫，雙眼直視，結膜潮紅，皮膚發紅，關節腫大，跛行。臨床主要導致急性體溫升高、腦膜炎、急性咽炎、膿皰病、蜂窩組織炎、淋巴管炎、肌膜炎、漿膜炎、心內膜炎、肺炎、多發性關節炎、子宮內膜炎、菌血癥、敗血癥、乳房炎等。
2.2.2鏈球菌毒素的防范
及時選擇抗菌藥物殺滅鏈球菌，但必須考慮細菌的敏感性、感染類型和給藥途徑，如粉針王（脂質體長效粉針）、混感頭孢、新抗素屬于速效粉針是目前經典治療鏈球菌感染的抗菌藥；阿莫西林、氨芐西林、青霉素、四環素、林可霉素、紅霉素、卡那霉素、新霉素、鏈霉素等也可根據藥敏結果選用。有效補充Vc、VB1、輔酶A等，中和鏈球菌產生的外毒素，減輕毒素對器官的損傷。減少環境中的病原數量和改進豬群健康狀況可顯著降低發病率。目前并沒有十分有效的疫苗，但接種細胞外蛋白疫苗和溶血素疫苗，加強嚴格的生物安全措施，可減少本病的發生。
2.3 魏氏梭菌腸毒素的危害與防范
2.3.1魏氏梭菌腸毒素的產生與危害
魏氏梭菌分為A、B、C、D、E五個毒素型。羊腸毒血癥（軟腎病）由D型魏氏梭菌引起；羊瘁擊由C型魏氏梭菌引起；羊黑疫（傳染性壞死性肝炎）由B型諾維氏梭菌引起；羔羊痢疾由B型魏氏梭菌引起。A型與C型魏氏梭菌可引起豬的腸炎。魏氏梭菌腸毒素主要是由A型魏氏梭菌在芽孢期產生的，部分C型、D型菌也可產生，此不同于魏氏梭菌的其它11種毒素。研究發現芽孢和腸毒素的產生依賴于pH、溫度和碳源，在芽孢生長的IV期末和V期可以產生腸毒素，在此之前則不產生或很少產生。C型魏氏梭菌主要產生α-毒素和β-毒素以及次要毒素（如γ-毒素）。動物試驗結果表明，魏氏梭菌毒素可以引起兔、羊等回腸積液，羊的血壓下降；皮內注射可以使兔和豬的皮膚出現紅斑，對各種動物均可引起毛細血管通透性增加，小腸積液，腹瀉，流淚，流鼻涕，流口水；靜脈注射大量毒素可引起動物突然死亡，而小劑量注射引起腦灰質軟化、腎上腺皮質壞死、腎病和肺水腫；用腸毒素處理鼠的回腸，可引起與吸收過程相反的物質運輸，大量分泌液體，Na+、Cl-丟失。腸毒素首先與靶細胞膜上的特異受體結合，繼而破壞細胞表面的結構，導致胞內物質滲漏，并影響細胞的代謝，最終導致細胞的死亡。有研究證實，將毒素加至單層的Vero細胞，30min內即可見結構損傷，大量的空泡聚集在細胞漿的膜面，35-40min細胞存活率下降50%。
2.3.2魏氏梭菌毒素的防范
腸毒素的生物學活性可以被特異性抗毒素中和，但腸毒素的免疫仍是一個懸而未決的問題之一。病畜一旦出現臨床癥狀幾乎沒有治療意義。對于C型魏氏梭菌，在暴發本病時對非免疫母豬產下的子豬進行C型產氣莢膜梭菌抗毒素被動免疫，可預防本病的發生。子豬出生后應盡快口服或注射抗菌藥（如金瑞克經典、歐孢美諾等）可防止疾病的發展。對該病的預防有賴于免疫接種，即給母豬注射兩次C型產氣莢膜菌類毒素。類毒素對斷奶仔豬C型產氣莢膜菌感染也有保護作用。對于D型魏氏梭菌，可以口服或注射抗菌藥（如獸醫王、粉針王、混感頭孢、新抗素等）抑制或殺滅魏氏梭菌可防止疾病的發展，注射D型產氣莢膜梭菌抗毒素緊急中和毒素或被動免疫。
2.4 沙門氏菌毒素的危害與防范
2.4.1沙門氏菌毒素的產生與危害
沙門氏菌屬的成員都能感染多種動物宿主，大部分沙門氏菌都是很強的致病原，比較典型的血清型有感染人的傷寒沙門氏菌，感染牛的都柏林沙門氏菌，感染豬的霍亂沙門氏菌。沙門氏菌具有侵襲性，大部分動物感染沙門氏菌后，常常排出粘性血便和水樣便，該現象提示除侵襲性外尚有多種致病因子。經研究證實，沙門氏菌能產生痢疾樣毒素、ST樣毒素和類似CT與痢疾毒素的雜交樣毒素，為一種重要的致病因素。
細菌腸毒素按其作用機制分為細胞緊張性和細胞毒性腸毒素。細胞緊張性腸毒素又依據其分子量和生物活性分為分子量大的、激活腺苷酸環化酶的A組和分子量小的、激活鳥苷酸環化酶的B組，沙門氏菌腸毒素屬于細胞緊張性A組腸毒素。大量資料表明，沙門氏菌腸毒素與CT和LT有共同抗原決定簇，由A、B兩個亞單位組成，其受體為GM1神經節苷脂，通過與GM1受體結合而發揮生物學效應。侵襲對腸毒素傳遞至腸壁細胞提供了一個非常有效的機制，則僅需少量毒素即能在水、電解質運轉中發揮實質性的作用，沙門氏菌腸毒素介導的液體分泌涉及蛋白激酶C和花生四烯酸代謝，當毒素結合于GM1神經節苷脂上，促進PEG2的合成與釋放，通過腺苷酸環化酶的激活使ATP轉化為CAMP，當CAMP增加后，導致小腸液體過度分泌，超過腸道的再吸收能力而出現腹瀉。此外，沙門氏菌毒素與細胞質作用，并作用于白細胞，而引發粘膜壞死、炎癥、高燒、敗血癥等。
2.4.2沙門氏菌毒素的防范
有效避免沙門氏菌的存在量，減少感染的機率。在臨床疾病中，沙門氏菌生長于許多普通抗菌素無法到達的、受保護的細胞內小環境中。最好的辦法是選擇那些對每一爆發病中分離菌株試驗證明敏感的抗菌素來進行治療。據報道，氧氟沙星、紅霉素、土霉素、四環素等對沙門氏菌有一定的敏感性，特快專痢注射液（中藥復方制劑）、特效風暴注射液（化藥復方制劑）等是目前控制沙門氏菌感染較好的藥物之一。但是，一味依靠抗菌藥控制沙門氏菌感染是難以成功的。
對沙門氏菌的成功防治還依靠傳染病所進行的豬的日常飼養管理程序。如改善飼養環境而降低應激因素；有效消毒減少環境中沙門氏菌的存在量；加強飼料營養增強豬只抵抗力。但值得關注的是沙門氏菌毒素與CT具有相似的生化免疫特性，且其生物學活性可被抗CT中和，應用這一特性用抗CT制劑注射對沙門氏菌感染的動物有良好的治療作用，也為疫苗的研究提供更好的理論基礎，但仍有許多問題亟需進一步探討。

ZYQ2008

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