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猪肠型大肠杆菌病的发病机制(综述)


现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2018/11/1 16:03:08 关注:80 评论: 我要投稿

摘 要:猪肠道感染肠毒性大肠杆菌(Enterotoxigenic E.coli,ETEC)会造成养猪场重大经济损失。掌握猪肠型大肠杆菌病的流行病学、诊断方法和控制措施对攻克该病至关重要。造成新生仔猪大肠杆菌病的ETEC通常携带F4菌毛(K88)、F5菌毛(K99)、F6菌毛(987P)或F41菌毛,而造成断奶仔猪腹泻的ETEC携带F4菌毛(K88)和F18菌毛。这些菌毛能够附着到猪肠腔刷状缘上皮细胞(肠上皮细胞)的特异性受体上,由此开启肠道感染的进程。在完成这一定植后,该菌会产生一种或多种能够引发仔猪腹泻的肠毒素,如热稳定肠毒素a(Heat Stable Toxin a,STa)、热稳定肠毒素b(Heat Stable Toxin b,STb)和热不稳定毒素(Heat Labile Toxin,LT)。业已证明,这些毒素对该病的发生起到一定作用。肠型大肠杆菌病的诊断基于致病性大肠杆菌的分离和定量,外加通过PCR方法证实存在编码毒力因子(菌毛和毒素)的基因。肠型大肠杆菌病的诊断方法必须考虑到鉴别诊断和可能与疾病暴发有关的各种潜在病因。

在控制大肠杆菌病的各种方法中,抗菌剂或抗生素得到人们的普遍采纳,人们主要使用抗生素来防止疾病的发生并治疗病猪。

肠型大肠杆菌病的精确诊断需要有一个合适的样本,以便利用半定量细菌学方法对引起该病暴发的ETEC进行分离和定量。基于出现的典型病变、细菌学检测结果以及确定特定致病因子来鉴定分离大肠杆菌。确认诊断结果和进行药敏试验具有重要意义,因为不同大肠杆菌分离株对抗菌剂的敏感性差异巨大。消费者对抗菌剂耐药性关注的增加,迫使养猪生产者更加理性地使用抗生素,这可以通过正确认识与抗生素疗法以及操作者和农场主对抗生素使用有关的问题来实现。

关键词:大肠杆菌病;肠毒性大肠杆菌;猪;腹泻;诊断;控制

    大肠埃希氏杆菌(Escherichia coli)是一种周身覆盖有菌毛、鞭毛的革兰氏阴性细菌,属于肠杆菌科,是众多猪病中的一个病原[如新生仔猪腹泻和断奶仔猪腹泻(Post-weaning Diarrhoea,PWD)],这是造成全世界范围内哺乳仔猪和断奶仔猪死亡的重要病因。

肠型大肠杆菌病的2个主要病原是:肠毒性大肠杆菌(Enterotoxigenic E.coli,ETEC)和肠道致病性大肠杆菌(Enteropathogenic E.coli,EPEC)。ETEC是猪大肠杆菌病中最重要的病变型,包括不同的致病型别(Virotype,该术语用于描述那些具有不同的毒素和菌毛组合的菌株)。因ETEC感染造成新生仔猪和断奶仔猪暴发腹泻通常会影响大部分的仔猪,并且经常会在同一猪群中周期性地发生,因此需要采用高成本的控制措施。因发病猪死亡或增重减少以及增加治疗、疫苗和饲料添加剂成本,肠型大肠杆菌病可能会对养猪场造成重大经济损失。根据疫病的严重程度,据估计断奶仔猪腹泻造成的损失为每头母猪40欧元~314欧元。ETEC有菌毛,因而可附着在肠上皮细胞上,并会产生一种或多种能够引发分泌性腹泻的肠毒素(表1),在全球养猪业中造成一些最为严重的疾病,如新生仔猪大肠杆菌病和断奶仔猪腹泻。

常用于预防和控制新生仔猪大肠杆菌病的措施应当以减少环境中的致病大肠杆菌数量为目的,采取卫生措施和场内场外的生物安全措施。维持适宜的环境条件和仔猪高水平的免疫力,依靠母乳免疫和母猪接种抗ETEC F4(K88)、F5(K99)、F6 (987P)和F41的疫苗,可降低发生该病的风险。

多种手段已经被应用于预防ETEC造成的断奶仔猪腹泻,包括用特异性抗体进行被动免疫、饲料添加剂(如益生元和益生菌)和日粮预防手段、培育抗ETEC的猪种以及口服非产毒性大肠杆菌活疫苗。

虽然上述方法中的一些对预防新生仔猪和断奶仔猪大肠杆菌病已经显示出有一定的应用前景和成效,但是通过非口服或口服途径使用抗菌素仍然被经常性地用于治疗肠型大肠杆菌病。低剂量给猪口服抗生素有利于细菌产生耐药性。通常用于治疗肠型大肠杆菌病的抗菌剂必须选择那些能够在肠道内到达治疗浓度的药物。最常用的是恩氟沙星、安普霉素、头孢噻呋、新霉素、庆大霉素、阿莫西林/克拉呋酸、甲氧苄啶/磺胺和粘菌素。观察发现,细菌尤其是会引发断奶仔猪腹泻的ETEC菌株,对阿布拉霉素、新霉素、磺胺甲氧苄啶和粘菌素的耐药性已日益增强。

控制猪肠型大肠杆菌病需要了解所涉及大肠杆菌的病变型别和致病型别以及它们具有致病性的条件,从而采取正确的诊断手段以及预防和控制措施。为了得到可靠而准确的诊断,处理大肠杆菌病暴发的关键要素是:诊断过程和诊断方法解释标准的有关知识。

本文旨在阐述养猪生产者在面对ETEC造成的新生仔猪和断奶仔猪肠型大肠杆菌病时会经常问及的一些主要问题(这是本综述的主题)、采用的诊断方法和特异性研究的解释、基于抗生素疗法的控制措施以及抗生素耐药性对控制这些疾病的影响。

1  肠型大肠杆菌病的发病机制

1.1 新生仔猪肠型大肠杆菌病

造成新生仔猪大肠杆菌病的ETEC以动物摄入的方式进入动物体内,在易感环境下和存在宿主因素时,其会在动物肠道内增殖,并通过特异性致病因子引发疾病。ETEC进入仔猪体内后的定植和增殖的程度决定此次感染是否会引发疾病。能够造成新生仔猪腹泻的ETEC拥有黏附素以及被称为菌毛且鉴别为F4(K88)、F5(K99)、F6(987P)和F41的表面蛋白(表1)。菌毛能够帮助细菌黏附到小肠刷状缘上皮细胞的特异性受体上。拥有菌毛抗原F4的ETEC在整个结肠和回肠中定植,而拥有菌毛抗原F5、F6和F41的ETEC大部分定植在结肠和回肠的后段。随年龄的增长,仔猪对拥有菌毛抗原F5、F6和F41的ETEC的易感性下降,并已发现与随年龄增长的仔猪肠道上皮细胞活性受体数量的减少有关。大多数能够引发新生仔猪大肠杆菌病的ETEC菌株会产生热稳定性肠毒素(Heat Stable Toxin,ST),它会结合刷状缘肠绒毛和隐窝肠上皮细胞上的鸟苷酸环氧化酶C糖蛋白受体,促进环鸟甘酸(Cyclic Guanosine Monophosphate,cGMP)的产生,造成电解质和体液的分泌。电解质和体液的大量分泌会造成仔猪脱水和最终的死亡。代谢性酸中毒——被定义为全身pH下降的状态——是新生仔猪大肠杆菌病的一种严重并发症,起因是乳酸的产生。早期由酸中毒引发的大多数临床症状,实际上是由血液中D-乳酸水平的升高造成的。D-乳酸血症是由于小肠黏膜上皮损伤,细菌发酵的底物未能被消化而到达大肠引起的。酸中毒的呼吸代偿会通过强力呼吸发生,但是这种机制因碳酸氢盐缓冲系统的不足而迅速失效。

 

基于热稳定性肠毒素a(Heat Stable Toxin a,STa)受体的浓度和亲和力,空肠后段似乎是对STa做出响应的一个重要的分泌过渡场所。在新生仔猪肠型大肠杆菌病的发展过程中,被动免疫起到了非常重要的作用。尤其是大多数新生仔猪的感染可以通过初乳和乳汁中的被动免疫得到预防。因为ETEC感染是非侵害性的胃肠道感染,黏膜免疫(或常乳免疫)而非初乳(或系统免疫)对战胜该病很重要。接种了仔猪生活环境中的致病性大肠杆菌疫苗或接触过该致病菌的母猪能够产生含高浓度IgA的乳汁,因此该乳汁能够防止ETEC在仔猪小肠中定植。因为母源疫苗是非口服途径接种的,因此接种的成功与否,尤其是对后备母猪而言,很大程度上取决于这些动物的黏膜在早期与ETEC的接触程度。如果母猪乳汁缺乏特异性抗体,或者仔猪没有获得足量的乳汁,那么它们对该病更易感。

1.2 断奶仔猪肠型大肠杆菌病

正如对新生仔猪大肠杆菌病所介绍的一样,能够引发断奶仔猪腹泻的大肠杆菌通过动物的采食进入动物体内,并在适宜的易感环境和存在宿主因素时,它们会在肠道内增殖,并通过特异性致病因子引发疾病。

感染断奶后仔猪的ETEC菌株大多具有菌毛F4和F18,极少有例外。基于抗原的差异,F4和F18这两种菌毛有多种变种亚型。F4的变种ab、ac和ad已有报道,所有分离自断奶仔猪腹泻病例的菌株都属于F4ac亚型。F18有两种已知变种ab和ac。F18ab通常与引发水肿病(Oedema Disease,OD)的菌株有关,而F18ac与引发断奶仔猪腹泻的菌株有关。

一种被鉴定为扩散性粘连黏附素(Adhesin Involved in Diffuse Adherence,AIDA)的非菌毛黏附素与从患有断奶仔猪腹泻的断奶仔猪中分离到的ETEC菌株有关,有证据表明其在用编码热稳定性肠毒素b(Heat Stable Toxin b,STb)的大肠杆菌实验性诱导未采食初乳的新生仔猪发生腹泻上发挥了致病作用。然而,肠道聚集性大肠杆菌耐热性肠毒素(Enteroaggregative E.coli Heat Stable Toxin 1,EAST1)和AIDA在引发猪大肠杆菌病上的作用还有待研究人员阐明。感染断奶仔猪的ETEC菌株可以产生以下一种或多种肠毒素:STa、STb、热不稳定肠毒素(Heat Labile Toxin,LT)以及EAST1。STa对新生仔猪大肠杆菌病的作用机理已经得到阐明。和STa不同,STb不会改变cGMP,表明作用机理不同。STb结合到肠上皮细菌受体上会造导致Ca2+进入细胞内,促进十二指肠和空肠分泌水和电解质。随着STb中毒的发生,大量的Na+和Cl-蓄积在肠腔内。此外,STb能够刺激碳酸氢盐(HCO3−)的分泌。

LT是一类重要的毒素——AB5族毒素中的一员。LT的两个亚型LTⅠ和LTⅡ已经进行了介绍。LTⅠ和LTⅡ之间的差异很大程度上是由它们在B亚单位上的差异造成的。LTⅠ可以分为LTⅠh和LTⅠp,分别由人源和猪源的ETEC产生。业已证明,能够表达LT的菌株在定植方面占有优势,在体外或体内可以促进ETEC的黏附。LT能够持续激活细胞基底外壁的腺苷酸环化酶,导致电解质和水过度分泌,造成动物脱水。代谢性酸中毒是断奶仔猪大肠杆菌病的一种并发症,但是在出现循环衰竭前严重程度有限。

研究人员报道,从腹泻仔猪中分离到的ETEC中发现了EAST1,然而EAST1在腹泻形成上所起的作用尚未被阐明。

1.3 肠道菌群

仔猪出生后,环境中和母猪身体上的微生物会迅速在其肠道管腔中定植,形成健康的肠道免疫系统及其未来发展的雏形。肠道菌群的特征是种群密度高、变异性广以及在整个胃肠道中的相互作用复杂。对肠道菌群进行的鉴定研究表明,从猪肠道中分离到的主要细菌群是链球菌属、乳酸菌属、普氏菌属、月形单胞菌属、光冈菌属、巨型球菌属、梭状芽孢杆菌属、真细菌、拟杆菌属、梭菌属、氨基酸球菌属和肠细菌。有趣的是,有报道称有确凿的证据表明,猪肠道菌在促进宿主新陈代谢和粪便中细菌菌种的多样性方面起着重要的作用,且它们随时间变化的改变取决于它们随后对断奶仔猪腹泻的易感程度。胃和紧邻的小肠(十二指肠)含有数目相对少的细菌(每克或毫升内容物含103个~105个),因为pH较低,且/或消化糜快速地排空。相反,小肠末端定植着种属差异大且数量更多(每克或毫升内容物含108个)的细菌群体。

随着仔猪年龄的增加,肠道中其他大肠杆菌生化表型的平均数提高,仔猪粪便和猪场环境中的大肠杆菌数量是动态变化的,且显示出高水平的多样性。

肠型大肠杆菌病的临床表现显然需要有致病性大肠杆菌的存在,但是也需要环境的变化和公认的风险因素。Moredo等证明,ETEC阳性非腹泻猪的比例在哺乳阶段为16.6%,保育阶段是66%,育肥阶段是17.3%。这些数据表明,正如Osek在1999年已经报道的那样,这些致病菌也可以通过健康动物的粪便排出。

新生仔猪胃肠道的屏障功能还没有像成年猪一样发育成熟,因为它们的胃含有高pH的内容物,且对蛋白的水解能力低,同时因为免疫问题而依赖被动免疫保护。据报道,1日龄仔猪小肠上皮细胞的再生时间为7 d~10 d;与此相比,3周龄仔猪为2 d~4 d。这一差异可能会促使新生仔猪对传染性肠炎的感染更加敏感,因为上皮细胞的快速再生被视为清除受感染细胞的一种防御机制。综上所述,所有这些情况再加上发病诱因的作用,导致初生仔猪对ETEC肠道感染易感。

断奶后,仔猪肠道内环境的改变——主要是由日粮改变造成的——造成肠道中初始菌群的组成发生了改变。健康猪肠道菌群中大肠杆菌菌株通常有很高的多样性,而在发生肠型大肠杆菌病时,我们可以观察到正常肠道菌群中的各种细菌之间的平衡发生了改变。这种情况会造成优势致病菌株的增殖,迅速达到每克内容物含109个细菌的巨大数量级。这就是为什么即使不是经常性,也能屡屡利用从感染大肠杆菌的腹泻猪中采集的样本对致病性大肠杆菌进行分离纯化培养。

要正确解释诊断结果,我们必须将这些信息考虑在内。尤其是对诊断结果的评估,应当在同时考虑临床症状和病理损伤两方面的情况下做出,同时还要考虑属于已经鉴定病变型别和致病型别的致病性大肠杆菌分离株的数目。□□

原题名:Swine enteric colibacillosis: diagnosis, therapy and antimicrobial resistance (英文)

原作者:Andrea Luppi(意大利)

文章编辑:一米优讯     
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