细菌外毒素

毒性物质

细菌外毒素，简称外毒素（exotoxin），是细菌在生长过程中由细胞内分泌到细胞外的毒性物质。能产生外毒素的细菌大多数是革兰氏阳性菌，少数是革兰氏阴性菌。将产生外毒素的细菌的液体培养物用滤菌器过滤除菌，即能获得外毒素。

简介

病原菌侵入机体是否致病，与细菌的毒力、数量、侵入门户以及机体的免疫力、环境等因素密切相关：细菌毒力由其对宿主的侵袭力和毒素两大因素构成。细菌毒素是指许多病原菌在新陈代谢过程中合成的、对宿主具有明显毒害作用的物质。传统上按其来源，理化性质、毒性作用等不同，将细菌毒素分成内毒素和外毒素两大类别、近年来，有些学者对上述分类名称表示异议，建议将细菌内毒素称为菌内毒素，而将外毒素改称为蛋白毒素，后者泛指细菌主要在对数生长期或在菌体裂解后释放的对动物或宿主细胞有毒性的蛋白质或多肽物质。据报道，已发现的由微生物产生的300多种蛋白或多肽毒素中，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌几乎各占一半；外毒素根据其对宿主细胞的亲和力和作用方式，大致分为细胞毒素、肠毒素和神经毒素三类，或在此基础卜再增加一类溶细胞毒素。此外，也有学者根据细菌毒素的具体作用机制的不同，将细菌毒素具体分为膜损伤、抑制蛋白质合成、激活刺激信使通路、激活免疫应答和蛋白酶等5类毒素。

外毒素的产生

细菌在其生命过程中产生毒素，编码毒素基因通常由染色体、质粒或温和噬菌体携带编码基因在染色体上的毒素有葡萄球菌A、B、C、E型毒素，中毒性休克毒素(TSST-1)，α溶血素，绿脓杆菌外毒素，霍乱CT，李斯特菌溶素，痢疾志贺菌毒素和沙门菌毒素等。编码基因在温和噬菌体的为白喉毒素、肉毒毒素、猩红热的致病菌链球菌S溶血素等。质粒携带产毒编码基因的是大肠杆菌耐热毒素(ST)大肠杆菌和绿脓杆菌溶血素炭疽毒素、破伤风毒素气单胞菌毒素和葡萄球菌D型肠毒素等。噬菌体和质粒通常称为易变遗传成分，位于这些易变成分上的毒素基因不稳定，其产毒能力可以快速传播至不产毒细菌。相反，消除产毒菌中含有的质粒或噬菌体，则丧失产毒能力。实践中可以应用这些特点，通过质粒消除或转化试验，将产毒菌株转变成不产毒株；反之，不产毒株亦可变为产毒株。此外，有些产毒菌的编码基因同时存在于质粒和噬菌体或染色体上。有的菌产同种毒素的不同型，则其编码基因成分不同，例如葡萄球菌剥脱毒素，A型毒素基因由染色体编码，B型毒素基因则由质粒编码。

不同毒素在细菌生长过程中产生的阶段是不同的。有些毒素在细菌整个生命活动中不断产生，有的则当生长进入静止期才合成。白喉杆菌在缺乏铁的条件下产毒素量达到较高水平。一些产芽胞细菌分泌毒素往往在芽胞形成时，因该时最终导致细菌裂解，细胞质中蛋白质包括毒素随之释放。例如所有梭菌属菌产毒都是这种方式。在生物机体中，像伤口污染，有些细菌在生长过程中也能产毒。这就是说，毒素在细菌的整个生长过程中都可以产生。

制备与纯化

细菌外毒素种类繁多，不同毒素在细菌生长繁殖过程中所产生的阶段也各不相同，某些毒素能在细菌整个生命活动过程中源源不断地产生，有些则在生长进入静止期才合成。白喉杆菌在低浓度铁离子的环境中毒素产量达到较高水平，而有些细菌的外毒素因结合在细菌表面，待菌体裂解后才被逸出。有些细菌通常以产生单型毒素为主，但也有些菌株所产生的毒素，可达4型之多，给毒素的纯化带来一定困难。况且不同的细菌外毒素其氨基酸的种类、数量、分子量、等电点等各不相同，因此必须采用不同的方法和程序来提取并予以纯化。随着近年来蛋白质化学技术与免疫学方法的不断发展，细菌外毒素的提纯方法有了令人瞩目的进展。细菌外毒素的分离、纯化的基本原则和步骤主要有以下几点：一是选择合适的培养基和菌株，进行大规模细菌培养，使其培养上清液中既含有大量毒素，又尽可能地减少影响毒素纯化的污染物质；二是浓缩细菌培养物中毒素浓度。

特点

（1）化学成分是蛋白质，分子量为27000～900000道尔顿；

（2）不稳定，易被热、酸及酶所灭活；

（3）可经甲醛（0.3～0.4%）处理，脱毒成为类毒素；

（4）抗原性强，可刺激机体产生高效价的抗毒素；

（5）具亲组织性，但作用于组织有选择性。一般不引起宿主发热，但常可抑制宿主蛋白质的合成，对宿主有细胞毒及神经毒性。如破伤风痉挛毒素能影响宿主脊髓前角运动神经细胞的控制机能，引起骨骼肌强直痉挛；肉毒杆菌产生的肉毒毒素，能阻断胆碱能神经末梢传递介质（乙酰胆碱）的释放，麻痹运动神经末梢，出现眼、咽肌等麻痹；

（6）毒性极强，极微量就可使实验动物死亡。重要的外毒素主要有两大类：一类是在体外产生并引起食物中毒的外毒素。它们所致的疾病不是传染过程，而是由于食入含有这类毒素的食物引起的中毒过程。主要有肉毒杆菌产生的肉毒毒素和金黄色葡萄球菌产生的肠毒素。另一类是在体内产生并引起重要致病作用的毒素。这类毒素有的作用于全身，如白喉杆菌产生的白喉毒素、破伤风杆菌产生的破伤风痉挛毒素、乙型溶血型链球菌产生的红疹毒素；有的作用于局部，如霍乱弧菌肠毒素等。

常见的细菌外毒素

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