鸡大肠杆菌iss毒力基因研究进展

樊琛+程霜+刘桂芹+曾庆华+李燕+王会+孙小凡

摘要：鸡大肠杆菌病是由某些大肠杆菌的致病菌株引起的一种细菌性传染病，危害养殖业和食品安全。尽管大肠杆菌致病力是由多种毒力因子共同作用的，但近年对iss基因的研究结果表明，iss基因可能在细菌致病力检测、蛋白免疫方面具有发展潜力。综述了鸡大肠杆菌发病机理、血清抗性、iss基因等方面的最新研究进展。

关键词：鸡大肠杆菌；血清抗性；iss基因

中图分类号：S852.61+2 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0053-02

鸡大肠杆菌病是由某些大肠杆菌（Escherichia coli）的致病菌株引起的一种细菌性传染病，病型复杂，危害最大的是急性败血型^[1-3]。某些菌株还会引起人畜禽共患传染病，危害养殖业和食品安全。大肠杆菌的毒力是由多种毒力因子共同作用的，包括黏附素、1型菌毛、毒素、外膜蛋白、ColV质粒、补体抗性、铁转运系统、宿主细胞表面改变因子等^[4-9]。相关的毒力基因有上百个，如 iss（increased serum survival gene，血清抗性基因）、tsh（温度敏感血球凝集素）、cvi（ColV操纵子的免疫性基因）、fimD、fimF、fimG、fimH、gntP、uxaA等[7，10-12]。

1 鸡大肠杆菌毒力因素及发病机理

大肠杆菌的毒力由黏附素、1型菌毛、毒素、外膜蛋白、ColV质粒、补体抗性、铁转运系统、宿主细胞表面改变因子等多种毒力因子共同作用^[4-9]，多数研究集中于对鸡大肠杆菌1型菌毛的研究。正常机体的天然屏障具有抗病原微生物侵袭的能力，致病性大肠杆菌要发挥其致病作用，必须首先突破机体的天然屏障，即首先在局部吸附并定居繁殖，进而侵入体内。1型菌毛对细菌在宿主中的起始增殖很重要，然而在细菌增殖达到一定水平后，在系统地进行感染前，1型菌毛的表达就停止了。绝大多数1型菌毛由在气管、肺和气囊中增殖的细菌表达，而不是由那些在组织或血液中增殖的细菌表达^[13-15]。细菌定居下来以后增殖形成集落（局部增殖），在条件适合时大肠杆菌从肺泡毛细血管进入血循环，引起菌血症，从而在全身组织内增殖，当机体抵抗力降低时，大肠杆菌大量繁殖引起败血症[5，13-15]。因此，进入血流是细菌发挥其致病作用的关键一步，一旦病原体获得到血流的通路，它将面对血清的抑菌作用和杀菌作用。

2 鸡大肠杆菌血清抗性的研究进展

血清抗性可能受荚膜抗原、脂多糖和特定外膜蛋白调节，在多数菌株中表现出与毒力相关的关系^[16-19]。K1荚膜抗原与禽致病性大肠杆菌的毒力相关性很高，尤其是在O1、O2血清型中，表达K1荚膜抗原的禽致病性大肠杆菌菌株相对于表达其他K荚膜抗原的禽致病性大肠杆菌菌株，对血清杀菌作用的抵抗性更强^[16]。据报道，血清抗性也与脂多糖相关，平滑脂多糖层比粗糙型脂多糖抗性强。但有突变试验表明，突变后补体敏感的无毒型和野生补体抗性的有毒型大肠杆菌均具有平滑脂多糖层，不同之处是外膜蛋白。无毒突变株有 16.2 ku 的外膜蛋白，野生型没有，此蛋白可能是编码区被转座子插入的产物。显示编码某种外膜蛋白的基因被截断后，对补体抗性和毒力有影响^[17-18]。外膜蛋白是革兰氏阴性菌细胞壁中所特有的结构，大肠杆菌中由质粒编码的外膜蛋白在其致病过程中起重要作用。基因研究鉴定了TraT和Iss等2个补体抗性决定簇。TraT是由R100、R6-5和ColV质粒编码的，分子量为23 709 u，位于外膜外侧。它可增强细菌对血清的抗性，但其作用机制还不清楚。据报道，TraT蛋白可增强细菌对补体裂解活性的抗性，从而使细菌的侵袭力加强。Iss是由存在于ColV质粒上的iss基因编码的，Iss蛋白属于外膜蛋白的一部分，与细菌抗补体作用有关，可增强大肠杆菌血清抗性^[19-22]。另外，1型菌毛对血清的杀菌作用也具有抗性^[12]。

3 iss基因的研究进展

iss基因存在于ColV质粒上，大小为309 bp，在人源、禽源大肠杆菌中皆有发现。iss基因编码的蛋白Iss属于外膜蛋白的一部分，与细菌抗补体作用有关，可增强大肠杆菌血清抗性。国内外普遍认为，iss基因与鸡大肠杆菌毒力有一定关系^[20-24]。但此相关性受何因素控制，国内外还无相关阐述。

在1979年，Binns等从人源大肠杆菌ColV、I-K94质粒获得的iss基因的表达能力能显著增强含此基因的大肠杆菌对1日龄雏鸡的毒力，还能增强转化菌的血清抗性^[8]。Chuba将人源大肠杆菌ColV2-K94质粒上iss基因的1.4 kb片断克隆入大肠杆菌K12细胞，重组细胞显示出血清抗性。经Southern-blot检测，人源大肠杆菌iss基因与λ噬菌体DNA及插入因子IS2有同源性^[8]。美国研究人员从患大肠杆菌病的鸡体内分离出1株野生型禽致病性大肠杆菌（O2型），并以此为来源扩增出iss基因，比较禽大肠杆菌iss基因与人源大肠杆菌iss基因的同源性，发现两者同源性达96.8%^[12]。

研究者近来普遍认为iss基因是定位在ColV质粒上的。在研究毒力因子与人源大肠杆菌ColV质粒相关性的试验中，分离自血液中的菌株有95.5%携带iss基因，分离自肠道中的菌株有68.8%携带iss基因。其后关于禽源大肠杆菌毒力因子的试验结果也表明，iss基因与ColV同时出现的概率很高，但并不是100%^[16-18]。由此推测，iss基因很可能与ColV质粒连在一起，但并不能肯定总是在ColV质粒上。

据推测，Iss蛋白是通过调节细胞表面上对补体膜攻击复合体敏感的位点，导致表面排斥，使菌株具有抗血清补体溶菌作用的能力^[19]。Ellis对25个火鸡大肠杆菌菌株进行了iss基因的扩增试验及菌株对血清反应特性的试验。其中，18株菌株属于血清抗性-有毒力和血清敏感-无毒力的范畴，5株菌株为血清抗性但无毒力，2株菌株为血清敏感但有毒力^[10]。McDonough等发现，iss基因在致病性大肠杆菌中存在的可能性高于非致病性大肠杆菌，并且iss基因在大肠杆菌各种不同的血清型、各种禽类的大肠杆菌及其宿主不同部位的大肠杆菌中均有分布^[11]。有研究反映，iss基因扩增为阳性的菌株并不能降解血清中的C6、C7、C8、C9，iss+与iss-菌株在C6、C7、C8、C9的消耗试验中几乎没有差别，这暗示Iss蛋白的作用可能是针对最终的补体复合体，而不是各组成部分。有研究者据此认为，iss基因的抗补体作用是受限制的，因为它不能降解各组成部分^[13]。Kottom认为，禽大肠杆菌的补体抗性可能与机体减弱C3在细胞表面的沉降能力有关，说明iss基因编码的外膜蛋白能调节细胞表面上对补体膜攻击复合体敏感的位点，导致表面排斥，减少C3在细菌表面的沉着，使菌株具有抗血清补体溶菌作用的能力，增强大肠杆菌的血清抗性^[13]。与此相反，也有研究表明，iss突变的禽致病性大肠杆菌在补体抗性方面并没有明显的减弱。

到目前为止，国内外多数研究采用PCR和/或探针杂交来检测大肠杆菌是否带有目标基因，并将鸡大肠杆菌菌株分为iss+、iss-菌株[12，17]。樊琛等发现，iss基因在21株高毒力菌株及低毒力菌株中都存在；与高毒力菌株相反，绝大多数低毒力的菌株在第1次扩增时检测不到iss基因，还须进行第2次套式PCR扩增才能检测到。由此推测，因iss基因存在于质粒上，可能其拷贝数（基因数量）与菌株毒力相关。樊琛等还通过试验证实1株鸡致病性大肠杆菌HO2菌株的Iss融合蛋白抗血清在体外试验中可以降低HO2菌株的血清抗性^[25]。

4 小结

综上所述，尽管鸡大肠杆菌的毒力受多因子影响，但分析iss基因及Iss蛋白与大肠杆菌毒力的关系，可为研究iss的致病特性并以iss作为毒力标志基因在鸡大肠杆菌病的诊断、免疫防制中的作用等提供理论依据。

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