魏氏梭菌的生物学特性及其对畜禽生产的危害

陈 辉，肖定福

（湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128）

魏氏梭菌的生物学特性及其对畜禽生产的危害

陈 辉，肖定福*

（湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128）

魏氏梭菌（CP）是一种条件性致病菌，也称产气荚膜梭菌（Bacillus perfringens），该菌可致畜禽发生魏氏梭菌病，给畜禽生产造成巨大的危害。文章就CP的生物学特性及其对畜禽生产的危害作以综述，旨在了解其致病机制，降低CP对畜禽生产造成的损失。

魏氏梭菌；畜禽生产；生物学特性；危害

魏氏梭菌（CP）为革兰氏阳性菌，分为A、B、C、D和E型，在土壤、污水、饲料、粪便中均有分布，是一种典型的条件性致病菌[1-4]。CP于1892年被英国人Welchii从一个腐败人尸体产生气泡的血管中分离得到。CP在肠内产生的毒素进入体液循环后被吸收引起哺乳动物的肠道感染，称为肠毒血症[5-7]；另外，CP也可造成皮肤疾病，如皮下和肌肉组织病变（气性坏疽和恶性水肿）[8-10]。其发病急，发病率和死亡率高，呈地方性流行，是危害养殖业的重要传染病。目前该病已广泛分布于世界各地，呈全球流行态势，严重危害各国畜禽业的发展，成为动物传染病学、兽医微生物学的研究热点[11-22]。因此，本文就CP的生物学特性及魏氏梭菌对畜禽生产的危害作以综述，旨在了解其致病机制，降低CP对畜禽生产的危害。

1 魏氏梭菌的生物学特性及危害

CP两端钝圆、粗大杆菌，单在或成双排列，短链较少、无鞭毛、不能运动，在动物机体里或含血液的培养基中可形成荚膜，无芽孢，属革兰氏阳性菌。CP为厌氧菌，对营养要求、厌氧要求不高。部分CP菌种可使牛肉块变成为粉红色。CP在厌气肉肝汤中生长迅速，产生大量气体。CP株纯培养物能发酵葡萄糖（Glucose）、乳糖（Lactose）、麦芽糖（Maltose）、果糖（Fructose），并产酸产气；不发酵甘露醇（Mannitol）、鼠李糖（Rhamnose）和靛基质（Indole）；CP不含丙酮酸脱羧酶，故甲基红（M.R）试验和二乙酰（V-P）试验呈阴性[23]。

1.1 细胞毒活性

CP可引起肠黏膜和细胞膜的通透性改变、新陈代谢紊乱、组织学损伤以及细胞内的大分子合成完全受到抑制，最终导致肠黏膜的损伤而发病。CP对机体的细胞膜也有毒性作用，CP可迅速改变哺乳动物细胞膜的通透性，且只有相对分子质量＜200 kD的小分子才能通过细胞膜，因而导致动物机体细胞的胶体渗透压平衡受到破坏，使细胞裂解或新城代谢过程受到抑制，最终导致机体细胞的死亡。

1.2 超抗原性

CP不需要抗原提呈细胞的加工处理即可诱导细胞的增殖。研究发现，CP可诱导产生细胞胞间介质、细胞间黏附分子1（ICAM-1）、白介素-8（IL-8），肿瘤坏死因子-α（TNF-α），血小板活化因子（PAF）和内皮细胞白细胞黏附因子（LECAM）。研究表明，CP主要诱导一些特异性细胞毒T细胞系（CTL）细胞复合性地非限制性杀伤组织相容性白细胞二类抗原阳性靶细胞，同时发现CP对Vβ24、Vβ21、Vβ15和Vβ6.1～5的刺激作用很小，且抗原并不需要加工过程即可形成[24]。张红英等研究表明，CP的生物学特点是其具有超抗原性的基础[25]。

1.3 遗传特性

编码CP毒素的基因位于细菌染色体上最稳定的区域——复制起始区。指导CP毒素基因转录的

启动子包括-10和-35保守区，位于SD序列的上游。CP和其他致病菌一样，也是通过VirR/VirS双组分调控系统来调控基因的表达[26]。VirS作为组氨酸（Histidine）激酶传感器，对环境信号做出应答，从而磷酸化VirR，磷酸化的VirR可调控靶基因的转录，进而使基因得到表达。CP毒素编码基因还受到许多其他魏氏梭菌的毒素编码基因质粒影响[27]。CP毒素的组分由两种基因编码，分别是iap基因（1 160 bp）和iab基因（2 630 bp），两种基因在97 kb或135 kb的质粒中发现。而Li等发现表明了携带iap基因和iab基因的遗传学原件可插入到携带转座酶的CP毒素质粒上，从而编码CP毒素的前体[28]。1.4 其他特性

除了以上特性，CP所产生的毒素具有溶血活性、致死性、皮肤坏死性、血小板聚集和增加血管渗透压等特性[29]。CP毒素使血小板纤维蛋白原受体从血小板内部转到外膜，同时使血小板发生了凝集，原因是CP毒素使血小板纤维蛋白原受体发生了易位[30]。CP毒素所诱导产生的细胞因子（IL-8等）进一步增加了血管的渗透性和水肿[31]。

2 魏氏梭菌对畜禽生产的危害

2.1 降低畜禽生产性能

畜禽感染CP后会导致生产性能降低，给畜禽生产带来巨大的经济损失。随着禁止抗生素在畜禽生产中的应用，使得魏氏梭菌病的发病率也越来越高，使畜禽生产性能和饲料报酬降低，死亡率升高，给畜禽养殖带来巨大经济损失的同时，也严重威胁人类的健康[32]。由于CP具有细胞毒活性，可以迅速改变畜禽细胞膜的通透性，使畜禽细胞裂解或细胞基础代谢受阻，最终导致细胞死亡，严重降低了畜禽的生产性能。Wang等研究表明，ε毒素（B型和C型魏氏梭菌所产生）具有明显的细胞毒素作用，可以作用于畜禽细胞膜上的胆固醇和鞘脂，造成细胞膜通透性的改变，使得畜禽肠道细胞对饲粮中营养物质的吸收率降低，进而导致增重降低，料肉比或料蛋比增大，使畜禽生产性能降低[33]。

2.2 造成畜禽猝死症

感染CP是造成畜禽猝死症（SDS）的主要原因，该病也称之为暴死症或急性综合征（ADS）。C型魏氏梭菌是造成畜禽“猝死症”的主要病原，该菌的主要致病毒素是α和β外毒素，并且该毒素具有良好的免疫原性[34]。SDS发病急，通常没有任何征兆而突然死亡，呈地方流行性、无明显季节性、无明显传染性、病程短且致死率很高，发病时几乎无前期症状，通常因来不及治疗而造成畜禽死亡，给畜禽生产带来巨大的经济损失[35]。全身实质器官出血是SDS的主要病理特点，造成反刍动物胃黏膜脱落，瓣胃黏膜脱落最为明显，也会造成畜禽肠道大面积出血。其中空肠出血最严重，病理肠道外表呈红褐色，切开后镜检可见肠内有大量红棕色黏稠液体，肠黏膜脱落，呈弥漫性出血，肠系膜呈树枝状出血。SDS对畜禽心脏也会造成一定的危害，使得心脏质地变软，且心耳有大量出血点；SDS会造成淋巴结肿大且呈大理石样；SDS造成肝脏肥大、肺水肿、肾淤血等病理变化，给畜禽的健康带来了巨大威胁。

2.3 造成畜禽肠道疾病

CP属于肠道的正常菌群，普遍存在于畜禽的肠道内，在正常情况下并不致病，但在畜禽感染大量病原菌后，由于应激反应造成机体免疫性能降低时，肠道内的CP会大量繁殖，打破肠道微生态平衡，同时产生大量外毒素，外毒素进入肠道造成肠道疾病（肠毒血症、出血性肠炎等），严重时可致畜禽死亡。Miyamoto等研究表明，羔羊痢疾和羔羊、牛犊、仔猪、家兔、雏鸡等坏死性肠炎等疾病的主要病原是CP[36]。研究表明仔猪红痢是由C型魏氏梭菌所引起，由于CP属于肠道菌群，容易使出生后一周内的仔猪患红痢和白痢两种传染病，给养猪业造成巨大经济损失[37-38]。许崇利通过把A型魏氏梭菌接种在结扎的绵羊回肠和结肠中产生α毒素，结果表明，α毒素是引起绵羊肠道疾病的病原。说明，CP对畜禽肠道造成很大损伤，给畜禽生产带来较大的经济损失[39]。

2.4 造成畜禽气性坏疽

CP能引起绵羊、山羊、牛和马等动物的气性坏疽，气性坏疽是一种严重的创伤感染性疾病，多见于软组织严重开放性损伤，给畜禽生产带来了很大的危害。气性坏疽的发生，并不单纯取决于魏氏梭菌的存在，而是需要一个有利于魏氏梭菌生长繁殖的缺氧环境。研究表明，α毒素（由魏氏梭菌产生）是引起气性坏疽主要病原。CP侵入患畜伤口后，由于受损部位缺血造成缺氧，组织氧化电势（Eh）下降，使其得以生长繁殖；同时需氧菌消耗组织内氧气，使Eh进一步降低，更利于CP的生长繁殖，产生大量的α毒素，造成机体气性坏疽[40]。气性坏疽的发病机制是由于α毒素感染创伤面以后，破坏了局部组织和炎症细胞；当毒素浸润至周围组织或进入全身循环系统后，可引起中性粒细胞和内皮细胞间黏附作用的调节异常，导致血管内白细胞淤滞、内皮细胞受损和局部组织缺氧，形成气性坏疽[41]。

2.5 其他危害

CP所产生的外毒素也会造成机体细胞膜的损伤、血管内皮细胞的损伤、细胞坏死、组织水肿等病变[42]。研究表明，魏氏梭菌外毒素可引起机体食物中毒。此外，B型CP所产生的β1毒素是一种穿孔毒素，可以损伤多种宿主细胞的细胞膜（如肠上皮细胞、内皮细胞等），并且其可通过影响Ca2+在神经细胞膜内的分布，影响神经组织的功能，破坏正常的神经传导[43]。Sakurai等研究表明，α毒素是一种依赖锌离子（Zn2+）的磷脂酶C，该酶可水解真核细胞膜的磷脂酰胆碱，使得机体细胞膜流动性降低和衰老；同时α毒素也具有鞘磷脂酶活性，造成机体细胞的凋亡[44]。α毒素也可引起多种动物内皮细胞或其他细胞损伤，能激活一些其他细胞膜和内部细胞机制导致溶血[45]。CP也可改变机体细胞膜的通透性，研究表明，ε毒素对大鼠的作用，发现ε毒素能够与大鼠突触小体上的受体结合形成七聚体复合物，该复合物能够导致细胞膜通透性改变，使得大量的钾离子（K+）外溢，从而细胞内的钠离子（Na+）和氯离子浓度（Cl-）快速升高，有害物质快速进入大鼠机体细胞，导致细胞毒性甚至发生细胞死亡或者凋亡[46]。

3 小 结

CP具有细胞毒性、超抗原性等生物学特性，这些特性是其致病的基础，危害畜禽的健康以及降低畜禽的生产性能，从而给畜禽生产造成巨大的经济损失。近年众多学者对CP的深入研究，对其的了解也越来越多，对其相关的致病机制也做了深入的研究，对致病机制的了解也更加深入。随着分子生物学的发展，许多学者利用现代分子生物学技术对CP进行相关研究，如利用核酸探针的方法对CP快速诊断以及基因分型，比传统方法更灵敏可靠；利用基因敲除技术降低毒素的致病性、利用基因工程苗以及核酸疫苗提高畜禽机体对CP的免疫力，一定程度上降低了CP给畜禽生产带来的危害。但目前对于CP介导的单一毒素的特定致病机制仍不十分清楚，相信随着分子生物学技术的进一步发展，其发病机制将会越来越明确，防治措施会越来越有效，从而降低CP给畜禽生产带来危害，促进我国畜禽业安全健康的发展。

[1] Yonogi S,Matsuda S,Kawai T,et al.BEC,a novel enterotoxin of Clostridium perfringens found in human clinical isolates from acute gastroenteritis outbreaks[J].Infection and Immunity,2014,82（6）:2 390-2 399.

[2] Bokori-Brown M,Hall C A,Vance C,et al.Clostridium perfrin⁃gens,epsilon toxin mutant Y30A-Y196A as a recombinant vac⁃cine candidate against enterotoxemia[J].Vaccine,2014,32（23）:2 682-2 687.

[3]Tobin C A,Sanger J R.Clostridium perfringens,infection following carpal tunnel release[J].Hand,2013（8）:64-66.

[4] Silveira S R O,Resende S R L,Sadanã P P,et al.Detection of tox⁃ins A/B and isolation of Clostridium difficileand Clostridium per⁃fringensfrom dogs in Minas Gerais,Brazil[J].Brazilian Journal of Microbiology,2013,44（1）:133-137.

[5] Stanley D,Wu S B,Rodgers N,et al.Differential responses of ce⁃cal microbiota to fishmeal,Eimeria and Clostridium perfringens in a necrotic enteritis challenge model in chickens[J].Plos One,2014,9（8）:104 739.

[6] Antonissen G,Van I F,Pasmans F,et al.The mycotoxin deoxyni⁃valenol predisposes for the development of Clostridium perfrin⁃gens-induced necrotic enteritis in broiler chickens[J].Plos One,2014,9（9）:108 775.

[7] Li J,McClane B A.Contributions of NanI sialidase to Caco-2 cell adherence by Clostridium perfringens type A and C strains caus⁃ing human intestinal disease[J].Infection and immunity,2014,82（11）:4 620-4 630.

[8] Lee H L,Cho S Y,Lee D G,et al.A fatal spontaneous gas gan⁃grene due to Clostridium perfringens during neutropenia of alloge⁃neic stem cell transplantation:case report and literature review[J].Infection and Chemotherapy,2014,46（3）:199-203.

[9]Brzychzy W M,Bulanda M.Analysis of genetic similarities be⁃tween Clostridium perfringens isolates isolated from patients with gas gangrene and from hospital environment conducted with the use of the PFGE method[J].Polish Journal of Surgery,2014,86(3):141-146.

[10]Kitterer D,Braun N,Jehs M C,et al.Gas gangrene caused by Clos⁃tridium perfringens involving the liver,spleen,and heart in a man 20 years after an orthotopic liver transplant:a case report[J].Exp Clin Transplant,2014,2:165-168.

[11] 刘崇岭,李哲慧,衣虹,等.羊魏氏梭菌病的诊断[J].当代畜禽养殖业,2004（11）:43-44.

[12] 侯延龙,佘文赟.一起绵羊魏氏梭菌病的诊治[J].畜牧兽医杂志,2014,33（3）:109-110.

[13] 游兴有.羊魏氏梭菌病与支原体病混合感染的诊治[J].福建畜牧兽医,2012,34（5）:73-74.

[14] 刘娣琴,杨红梅,贾志江,等.猪魏氏梭菌的分离与鉴定[J].国外畜牧学-猪与禽,2011,31（6）:72.

[15] 孟霞,孙翠平,唐娜,等.一株山羊魏氏梭菌的分离鉴定及其致病性研究[J].中国畜牧兽医,2015,42（7）:1 905-1 909.

[16] 沈玉风.一株腹泻兔魏氏梭菌的分离鉴定及诊断研究[J].上海畜牧兽医通讯,2014（1）:14-16.

[17] 达成彪,刘琼,于芳.兔魏氏梭菌病的诊断及病原分离[J].新疆畜牧业,2010（1）:48-50.

[18] 王海燕,刘哲翔,邓友安,等.奶牛魏氏梭菌病的诊治[J].当代畜牧,2011（2）:23-24.

[19] 王满定,武学峰,杨萍,等.奶牛魏氏梭菌病的诊断与治疗[J].畜牧兽医杂志,2009,28（5）:125-126.

[20] 崔寅生,黄之宁,徐根根,等.奶牛魏氏梭菌病的诊治[J].浙江畜牧兽医,2005,30（1）:46-47.

[21] 付强,王艳,李峰.一株兔源魏氏梭菌的分离鉴定[J].中国养兔杂志,2008（5）:30-32.

[22] 王友良.兔魏氏梭菌的分离鉴定及药敏试验[J].中国畜禽种业,2015,11（2）:99-100.

[23] 盛卫东.魏氏梭菌病的诊断与综合防治[J].农技服务,2013,30（2）:173,175.

[24] Moe P C,Heuck A P.Phospholipid hydrolysis caused by Clostridi⁃um perfringens-toxin facilitates the targeting of perfringolysin O to membrane bilayers[J].Biochemistry,2010,49（44）:9 498-9 507.

[25] 张红英,杨霞,卢中华.魏氏梭菌肠毒素研究进展[J].中国畜牧兽医,2004,31（9）:35-37.

[26] Obana N,Nakamura K.A novel toxin regulator,the CPE1446-CPE1447 protein heteromeric complex,controls toxin genes in Clostridium perfringens[J].Journal of Bacteriology,2011,193（17）:4 417-4 424.

[27] Vidal J E,Chen J,Li J,et al.Use of an EZ-Tn5-based random mutagenesis system to identify a novel toxin regulatory locus in Clostridium perfringens strain 13[J].PLos One,2009,4（7）:6 232.[28] Li J,Miyamoto K,McClane B A.Comparison of virulence plas⁃mids among Clostridium perfringens type E isolates[J].Infection and Immunity,2007,75（4）:1 811-1 819.

[29] Tobin C A,Sanger J R.Clostridium perfringens infection following carpal tunnel release[J].Hand,2013,8（1）:64-66.

[30] Bryant A E,Bayer C R,Aldape M J,et al.Clostridium perfringens phospholipase C-induced platelet/leukocyte interactions impede neutrophil diapedesis[J].Journal of Medical Microbiology,2006,55:495-504.

[31] Ramchandren R,Jazaerly T,Gabali A M.Molecular diagnosis of hematopoietic neoplasms[J].Clinics in Laboratory Medicine,2013,33（4）:817-833.

[32] 曹河源,张文俊.肉鸡肠毒综合症的诊断与防治[J].吉林畜牧兽医,2006（7）:42,44.

[33]Wang G H,Zhou J Z,Zheng F Y,et al.Detection of different geno⁃types of Clostridium perfringens in feces of healthy dairy cattle from China using real-time duplex PCR assay[J].Pakistan Veteri⁃nary Journal,2011,31（2）:120-124.

[34] 柴同杰,刘文波.魏氏梭菌类毒素疫苗研制及其免疫家兔抗体消长规律[J].中国预防兽医学报,2006,28（1）:101-104.

[35] 孔庆娟,刘马峰,任家琰.魏氏梭菌引起家畜“猝死症”的研究进展[J].畜禽业,2010（8）:20-23.

[36] Miyamoto K,Li J,Sayeed S,et al.Sequencing and diversity analy⁃ses reveal extensive similarities between some epsilon-toxin-en⁃coding plasmids and the CPF5603 Clostridium perfringens entero⁃toxin plasmid[J].Journal of Bacteriology,2008,190（21）:7 178-7 188.

[37] 刘泽文,熊忠良,杨克礼,等.新生仔猪红黄痢二联灭活疫苗的研制与应用Ⅰ——C型魏氏梭菌生物学特性研究[J].安徽农业科学,2008,36（21）:9 063-9 064.

[38] 斯特劳.猪病学:第9版[M].北京:中国农业大学出版社,2008.

[39] 许崇利.魏氏梭菌外毒素的研究进展[J].河南师范大学学报（自然版）,2016（1）:125-131.

[40] Lobato F C,Lima C G,Assis R A,et al.Potency against enterotox⁃emia of a recombinant Clostridium perfringens type D epsilon tox⁃oid in ruminants[J].Vaccine,2010,28（38）:6 125-6 127.

[41] 宫语晨,许崇利,钱爱东,等.魏氏梭菌α毒素分子生物学研究进展[J].中国兽药杂志,2014,48（7）:62-65.

[42] Morris W E,Fernándezmiyakawa M E.Toxins of Clostridium per⁃fringens[J].Revista Argentina De Microbiologia,2009,41（4）:251-260.

[43] 孙雨,王晓英,董浩,等.产气荚膜梭菌外毒素基因与相关疫苗的研究进展[J].中国草食动物科学,2016,36（2）:58-62.

[44] Sakurai J,Nagahama M,Oda M.Clostridium perfringens alphatoxin:characterization and mode of action[J].Journal of Biochem⁃istry,2004,136（5）:569-574.

[45] Fatmawati N N,Sakaguchi Y,Suzuki T,et al.Phospholipase C produced by Clostridium botulinum types C and D:comparison of gene,enzymatic,and biological activities with those of Clostridi⁃um perfringens alpha-toxin[J].Acta Medica Okayama,2013,67（1）:9-18.

[46] Bozidar S,Radisa P,Vojin I,et al.Enteritis associated with Clos⁃tridium perfringens type A in 9-month-old calves[J].Canadian Veterinary Journal La Revue Vétérinaire Canadienne,2012,53（2）:174-176.

Biological Characteristics of Clostridium Perfringens and Its Harm to Livestock and Poultry Production

CHEN Hui,XIAO Dingfu*
（College of Animal Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China）

Clostridium perfringens is a conditional pathogen,also known as Bacillus perfringens,which produces Clostridium perfringens.It can cause great harm to livestock and poultry production.This article summarized the bio⁃logical characteristics of CP and the harm of livestock and poultry,and aimed to understand its pathogenesis and re⁃ducedthe loss of CPto livestock andpoultry production.

Clostridium perfringens;livestock production;biological characteristics;harm

S852.6；S814

A

1001-0084（2017）08-0001-04

2017-06-20

国家自然科学基金项目（31640078）；湖南省科技厅项目（2015RS4035）；湖南省教育厅资助科研项目（16A096）

陈辉（1995-），男，湖南衡阳人，主要从事动物营养与饲料科学。

*通讯作者：博士，副教授，E-mail:xiaodingfu2001@163.com。