自然疫源地中鼠疫耶尔森氏菌的保存问题

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·综述·

自然疫源地中鼠疫耶尔森氏菌的保存问题

王梦迪，尹家祥

鼠疫的发生得益于鼠疫菌能够在自然界长期存在。无论是鼠疫流行期还是间歇期，鼠疫菌在自然界中究竟存在于何地，以何种方式保存，又以什么机制造成流行是鼠疫发生的神秘之处。因此，研究鼠疫菌在自然疫源地各生态要素中的保存状况及生存能力，有助于揭示鼠疫的发生及传播规律。

鼠疫耶尔森氏菌；自然疫源地；保存

鼠疫是由鼠疫耶尔森氏菌(Yersiniapestis)引起的自然疫源性疾病，它以病情重、病程短、流行快、死亡率高4大特点被列为烈性传染病之首[1]。鼠疫自然疫源地是由鼠疫菌、鼠疫宿主、媒介生物及其周围生物彼此影响、相互作用形成的生物群落，在一定地理环境条件下共同进化形成的特殊生态系统[2]。鼠疫的发生与鼠疫自然疫源地的稳定存在及鼠疫菌能在自然界中循环息息相关。鼠疫自然疫源地空间格局中的各组分均可能作为鼠疫菌的生态系统或者影响因素，形成鼠疫菌对外界环境的适应，特别是对不利条件的适应，以维持生命的延续。然而鼠疫菌保存问题至今仍是一个谜，其研究也从未中断过，各种假说的提出都存在着极大的可能性和现实性。

1 动物流行期鼠疫菌的保存

在自然疫源性疾病的认识过程中，巴普洛夫斯基曾提出：自然疫源地的存在是由病原体从动物到媒介再到动物的循环来保障的[3]。鼠疫菌、媒介蚤类和宿主动物之间特殊的食物链关系是鼠疫菌在流行期以鼠-蚤-鼠形式传播的现实基础，也是鼠疫菌长存于自然界的基本方式。特别是宿主动物或蚤类数量猛增的情况下，这种3者结合的传播方式更为明显。任何类型的动物鼠疫，尽管其疫情态势、流行强弱、时间长短、范围大小或流行区域各有差异，但流行本身足以说明鼠疫的发生是鼠疫菌在自然界存在的一种形式，流行过程就是鼠疫菌(种)保存的过程。

2 流行间歇期鼠疫菌的保存

间歇期指动物鼠疫流行后期至下一次流行前期,因宿主、媒介、病原体3者失去有机联系导致病媒传播链中断而停止流行的时期，可长达十几年甚至几十年[4]。流行期短而间歇期长是鼠疫自然疫源地的表现特征，因此，对间歇期鼠疫菌保存的认识和研究显得更为重要。下面从鼠疫自然疫源地这一生态系统角度出发，探讨各生态要素对鼠疫菌的保存机理。

2.1动物宿主对鼠疫菌的保存 鼠疫菌的存在是靠不断的繁殖来保证的[4]。鼠形动物是鼠疫菌的天然培养基，能直接提供鼠疫菌生活的环境，后者能使宿主产生菌血症；同时鼠形动物又是传播媒介的寄生宿主，特别是叮咬产生菌血症的鼠形动物会使媒介蚤染疫。鼠疫菌侵染宿主后表现出的高毒力性质有利于它在宿主动物体内的长期生存及在病媒传播链上的传播。

动物鼠疫流行中，主要宿主在传播季节或者流行暴发时对鼠疫菌起到储存库的作用，因为感染后的宿主发生菌血症，体内可以长期保存鼠疫菌；次要宿主可以扩大鼠疫菌自然循环空间，延长循环过程。而在间歇期内，鼠疫菌主要在有一定抗性或能够产生抗性的宿主动物体内单独保存，当敏感鼠侵入抗性鼠疫源地时造成鼠间鼠疫流行。因此，一定区域内敏感鼠与抗性鼠的数量比例会影响宿主种群对鼠疫的延续作用。

鼠疫菌呈多宿主保存的特点，宿主范围的不断扩大也可能是鼠疫菌能长期保存的原因。除了宿主动物种类外，宿主数量的多少也会影响鼠疫疫源地的稳定、鼠疫的发生和传播。互相间传染疾病的宿主，其丰富度是有密度依赖性的，基本传染数(R0)伴随着宿主丰富度的增加而增加，当R0为1时，疾病可能会暴发[5]。这种理论下，疫源地需有足够数量存活宿主，或能及时得到来自周围地区的充分补充，才能使疾病发生流行[6]。

2.2媒介蚤对鼠疫菌的保存 在漫长的间歇期内，鼠疫菌主要以蚤类单独保存的形式存在。因为鼠形动物的生命期限决定了它保菌时间不会太长，蚤类保菌是对这种效应的一个很好的承接，保证病媒传播链不中断，维持鼠疫菌延续。用细菌学方法从蚤体分离出鼠疫菌往往比从鼠形动物分离病原体要容易得多[7]。

2.2.1鼠疫菌在蚤体内并不是一般简单的寄生关系，蚤类具有满足鼠疫菌生存的生理特征。它在蚤体内发育需要经历侵入蚤体、适应蚤体环境、增殖等阶段。在整个发育过程中，宿主动物发生菌血症和鼠疫菌在蚤体内形成菌栓是鼠疫发生的前提和传播的重要途径，保证了鼠疫流行间断时，鼠疫菌仍然能在自然循环中不间断存在的可能性。鼠疫菌与媒介蚤的关系可以看作是鼠疫菌适应蚤体环境及媒介蚤对其选择的双向过程。

2.2.2蚤类具有传播鼠疫菌的特异性结构与功能，染疫蚤可携带鼠疫菌在不同宿主、环境之间进行交换、转移及传播。发生菌栓的蚤类仅需吸食含少量鼠疫菌的血液进入啮齿动物便会使宿主感染。当宿主血液中的细菌达到一定数量时，宿主动物要么发生败血症死亡，要么形成菌血症，进入鼠-蚤-鼠的恶性流行循环。这也正是传统三位一体流行保菌的内在机制。另外，蚤类的卵能够完全抵御外界的物理和化学因素，可以携带鼠疫菌在一些恶劣条件下存活很长时间，待外界环境改变时孵化为成虫传播鼠疫[8]。以往研究证实，鼠疫菌可以在蚤类体内和动物尸体的骨髓内存活很久，这种在尸体中保存鼠疫菌的方式在传播循环中可能会起到一定作用。

2.2.3蚤类的生态特征也满足鼠疫菌生存和传播。研究表明宿主动物身上蚤类的丰富度、密度和他们的传播鼠疫的能力正相关[9-10]。传染鼠疫能力强的蚤类丰富度比不能传染鼠疫的蚤类丰富度高。这是对感染蚤类高死亡率的一种补偿。蚤类高密度和高丰富度不仅保证了鼠疫菌在宿主之间的广泛传播，而且能够抑制宿主的免疫反应，因而提高了宿主的易感染性[11-12]，同时增加了感染新宿主的概率，这在鼠疫传播中起着重要的作用[13-14]。

最后，蚤类所能寄生的宿主在分类学上的亲缘关系能决定蚤类是否具有传播鼠疫的媒介作用。如蚤类所有宿主在分类学上亲缘关系较远，那么该蚤类传染鼠疫的能力就比较低，反之亦然。宿主分类学多样性比宿主的种类数量更能决定蚤类能否传播鼠疫或者传播鼠疫效能的高低。

2.3生态因子对鼠疫菌的保存 鼠疫菌是一种低级腐生菌，对外界生物及非生物因素的作用有较大的耐受力，除了动物-蚤-动物的生存方式外，还可能在土壤、植物等生态因子中呈非寄生相保存，以最低的营养需求和较低的生存温度维持种群的延续。

宋志忠等[15-17]通过实验观察提出假说：鼠疫菌可能属于某些植物根系正常菌群，当自然界发生某些变化时，鼠疫菌通过根而进入植物地上部分，啮齿类动物通过取食带菌植物而感染，造成动物间鼠疫流行。另有学者提出，许多细菌，包括鼠疫菌，在土壤中能够以“休眠”状态或“非培养型”长期保存，这是细菌对不良生存条件的适应。处于这种状态的细菌不产生芽孢，缺失了繁殖能力，也不能在培养基上生长，具有很低的代谢功能以保证种群在不利生态条件下生存，并保存毒力及在适宜条件下返祖为生长型能力[18]。对于这种状态鼠疫菌的检出率很低，建立高敏感性的鼠疫诊断技术及方法,尽可能提高病原体检出率，是及时发现和控制疫情的关键。

2.4生态环境对鼠疫菌保存的影响 鼠疫发生在鼠疫自然疫源地，而疫源地客观存在于地理景观之中。鼠疫的发生除受到鼠疫菌理化特性、宿主动物、媒介生理及生态学特征影响外，又与多种非生物因素有关，如气候条件(降雨量、气温等)、景观特征(海拔、植被等)、自然条件以及人类活动等。景观特征、环境因子异质性等对鼠疫的长期保存、鼠疫发病率、降低疾病流行成因的条件和机制可能相关[19-21]。高海拔(2 000～4 600 m)、寒冷及低温环境适合鼠疫菌在自然界的保存[6]。越来越多的研究表明，鼠疫的流行与当地的生态环境、气候有着密切的联系[22-23]。气候变化被认为是鼠疫由静息状态转变为活跃状态的关键因素，对鼠疫的季节性发生及其流行模式都有影响[24]。蚤类作为冷血性节肢动物，对外界环境及宿主温度极为敏感，鼠疫菌在蚤-宿主间传播依赖于菌、蚤对不同环境温度的适应能力，而且，蚤类与菌栓的最适生存温度共同决定着鼠疫菌的繁殖。因此，温度是影响鼠、蚤发育繁殖以及媒介(蚤)传播鼠疫的重要因素[25]。生态工程的大力实施，人类对自然界的过度开发,会使鼠形动物种群数量、种群密度及丰富度短期内剧增并发生迁徙，迁徙过程中病原体会发现新的中间宿主，使病原体扩散几率增加，鼠险风险增加。这不仅威胁到动物原有栖息地范围，而且扩大了其与人类生存环境交叉，增加自然疫源性疾病在人类间的传播和流行[26]。各种生态环境因素的变化会通过影响宿主或蚤类的种群分布而影响鼠疫菌的分布，可以反映鼠疫菌的生存环境状况。对生态环境的研究有利于人们认识鼠疫是在怎样的环境发生及传播的。因此,建立生态学模型，选择合适指标建立快速有效的鼠疫流行风险预测评估，分析影响鼠疫分布和发生的主要环境因子,可为人力和物力资源的合理分配明确方向,有效防范和控制鼠疫的传播。

2.5鼠疫菌的自身进化 现代自然疫源性理论认为病原体是保持自然疫源性的必要条件。鼠疫菌的存在就是不断完善自身进化的过程。自然条件下，鼠疫菌发生选择突变，一种或多种毒力因子缺失或弱表达，使鼠疫菌失去相应生物学性状，在宿主体内毒力丧失。这些非典型菌株在维持鼠疫发生和传播上，面临着在鼠蚤体内的繁殖能力如何以及能否传染健康鼠的问题。鼠疫菌的毒力分化决定了鼠疫流行状态。毒力强，利于流行扩散；毒力弱，不能构成流行，仅以宿主动物携带病原体的形式呈微弱流行或静息状态，在具备了适宜条件后，毒力会重新恢复引起鼠疫的传播。除此之外，进化的关键在于鼠疫菌能不断从外界环境获取大量的新的基因，产生相应的新的生物学功能，并且能够适应这些基因所带来的生物学性状及功能的改变。

一方面，因为许多可变遗传因子在微生物间可以通过水平基因转移的方式共享，很快成为接受者本质的一部分，而且如果它们在这些微生物体内有选择优势或者在新环境中能促进微生物生存的话这些新增加的基因就会在体内持续存在下来。另一方面，有着强大的进化压力会导致无用基因减少，而仅仅留下那些病原体在栖息的特定环境中发挥功能的基因。被保存的基因在宿主动物时候鼠疫菌的保存中起到重要的作用[27]。例如某些基因会使鼠疫菌能在哺乳动物血液中存活，另一些基因则能使其在蚤体内以菌栓形式长时间保存下来，而避免了被各种消化酶杀死。大规模基因组测序证明鼠疫菌在暴发流行时，其扩散与传播可导致基因组变异累积加速[6]。这些基因上的变化决定了鼠疫菌在不同环境中的存活能力，鼠疫菌伴随宿主、媒介在共同进化中适应其生态位的变化。鼠疫的出现既可能是鼠疫菌进化的反映，也可能在鼠疫菌不变的情况下扩散或接触产生的结果。

3 鼠疫再流行问题

疾病流行是病原体种群与当地敏感生物种群、外界环境之间相互作用的结果。间歇期的出现和再流行发生的原因有以下几种假说：1)抗性鼠形动物慢性带菌期间，出现全身化，在具备蚤类感染条件或与残存健康鼠有接触机会时发生微弱流行。2)蚤单独保菌期间，随着流行期残存健康鼠的窜洞接触而传播。鼠、蚤大量繁殖，会增加染疫动物与健康动物接触机会；鼠的窜洞活动又导致新疫洞不断增加，流行强度增大[4]。以上内在机制决定了鼠疫的再发生必定是一个缓慢进行的过程。3)鼠疫菌的不断进化使它总能够以新的形式存在于自然界中。4)生境异质性可以丰富物种多样性，适宜的地理景观会影响宿主分布，进而影响鼠疫菌的分布格局。5)疫源地的重新活动也可能是疾病外源性输入的结果。

综上所述，作为典型的生态系统，鼠疫自然疫源地所表现出的生物多样性及各生态要素间的相互关系都是鼠疫菌在自然界存在的有利条件。鼠疫菌的保存可以说是一系列复杂机理综合作用的过程，要想认识和研究清楚不太容易，但可以肯定鼠疫菌一直存在于自然界中，只是存在的方式尚不清楚，以至于就目前的检测技术难以检出阳性材料。尽管目前鼠疫处于静息期，但其突发的可能性和潜在的危害在提醒鼠疫防治研究工作者，探明鼠疫菌的保存机制迫在眉睫。应用生态流行病学、分子流行病学、自然疫源性疾病学说、3S技术等多学科理论知识结合的方式研究自然界中鼠疫菌保存机制问题可能是一个新的思路，在此基础上，不断引进先进检测技术，提高病原体及其特异成分的检出能力，实时追踪其扩散演变趋势，对尽早发现鼠疫疫情，有效预防和控制鼠疫的流行，促进经济社会的和谐发展意义重大。

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PersistenceofYersiniapestisstrainsinplaguenaturalfoci

WANG Meng-di, YIN Jia-xiang

(SchoolofPublicHealth,DaliUniversity,Dali671000,China)

The plague occurs due to the long-term persistence ofYersiniapestisin natural environment. During the period of plague epidemic and quiescence, there are still some unknown scientific questions, such as whereYersiniapestispreserved, which mode preserved, and which mechanism caused plague epidemic. Thus, the researches on the preservation and viability ofYersiniapestisin every ecological element of plague natural foci will contribute to find the pattern for the occurrence and spread of plague.

Yersinia-pestis;plague natural foci; persistence

Yin Jia-xiang, Email: chinayjx@ hotmail.com

10.3969/j.issn.1002-2694.2017.11.016

国家自然科学基金项目(Nos.81060229，81460485)；云南省高层次卫生技术人才培养专项(No.D-201249)；云南省中青年学术和技术带头人后备人才培养项目(No.2013HB080)；大理学院博士科研启动费项目(No.KYBS201302)联合资助

尹家祥，Email：chinayjx@hotmail.com

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2017-03-01编辑王晓欢