布魯氏菌致病機制研究進展

文立波，毋艷萍

（甘肅省動物疫病預防控制中心，甘肅 蘭州 730046）

布病是由布魯氏菌屬不同生物型的細菌引起的流行性人畜共患傳染病。1985年世界衛生組織（WHO）布病專家委員會，依據布病感染動物的抗原性和感染差異，將布魯氏菌屬分為6個種19個生物型，主要致病菌為馬耳他布魯氏菌（B.melitensis）、流產布魯氏菌（B.abortus）和豬布魯氏菌（B.suis）[1]。

布魯氏菌的細胞壁結構由內膜和外膜組成，外膜核心多糖、O抗原、脂質A構成布魯氏菌的LPS，是布魯氏菌的重要毒力因子[2]。布魯氏菌是一種兼性胞內寄生細菌，對淋巴網和生殖系統表現出強烈的組織趨向性，其細胞內寄生方式可避開宿主免疫反應系統，使機體免受抗生素的影響，并驅動臨床癥狀顯現，引起慢性感染，給布魯氏菌病的防控帶來了巨大挑戰。

農業農村部發布了《畜間布魯氏菌病防控五年行動方案（2022—2026年）》，根據方案要求，到2026年，全國畜間個體陽性率控制在0.4%以下，群體陽性率控制在7%以下；布病凈化和無疫小區建設工作扎實推進，內蒙古20%以上，遼寧、四川、陜西、甘肅、新疆50%以上，其他省份80%以上的牛羊種畜場（站）建成省級或國家級布病凈化場、無疫小區。因此，布病凈化仍是當前布病防控面臨的主要挑戰，根據布病致病機制、不同地區防控能力和區域水平制定科學合理的布病綜合防控措施迫在眉睫。

1 布魯氏菌的分類和進化

布魯氏菌屬由Meyer和Shaw于1920年建立[3]。由于當時診斷技術的限制，物種的分類僅僅是基于表型性狀，如寄主的偏好、分化的生化反應、在不同培養基上的生長特性等。Meyer和Shaw從對21種B.melitensis和32種B.abortus的研究中得出結論：人的波狀熱和山羊的馬耳他熱病原體，無法應用形態學或生物化學方法與導致馴養動物感染性流產的病原體進行區分。盡管如此，B.melitensis和B.abortus仍保留了它們作為單獨物種的名稱和地位。隨后，從豬中發現并分離獲得了豬種布魯氏菌（B.suis）[3]；從綿羊中發現并分離獲得了綿羊附睪種布魯氏菌（B.ovis）[4]；從沙漠林蛙中發現并分離獲得了沙林鼠種布魯氏菌（B.neotomae）[5]；從犬中發現并分離獲得了犬屬布魯氏菌（B.canis）[6]，并作為新種加入該屬。然而不同物種和生物變種的鑒別仍是一個難題，當菌株顯示不典型的生化反應時，無法將菌株歸類于現有的布魯氏菌種。

1968年，Hoyer首次在布魯氏菌屬成員中進行了分子水平研究[7]，研究表明B.melitensis、B.abortus、B.suis和B.canis為同一個屬。1985年，Verger等[8]通過DNA雜交技術證實了不同物種之間的密切遺傳關系，研究認為布魯氏菌屬中只有一種布魯氏菌，即B.melitensis。1987年，Ley等[9]得出了同樣結論。

2002年第一株羊種布魯氏菌16M株的基因序列公布，后來又公布了豬種布魯氏菌1330株。全基因組比較分析證實了這些基因組之間的親緣關系，與DNA-DNA雜交結果一致。很明顯，布魯氏菌特別是B.suis菌株1330，與一些同植物共生的植物病原體和微生物，如農桿菌和根瘤菌，具有廣泛的遺傳相似性，這表明布魯氏菌與土壤細菌有共同的祖先[10]。

遺傳和免疫學證據表明，所有成員的布魯氏菌屬密切相關，但不同物種的分離株始終聚集在不同的群體中，表現出寄主偏好和流行病學的相關差異，表明它們確實代表了不同生物型，盡管序列非常相似，但可能屬于不同的物種。因此，在2005年原核生物系統學國際委員會布魯氏菌分類學小組委員會明確了回歸1986年前布魯氏菌分類學意見的立場[11]，將布魯氏菌分為經典的6個種19個生物型，不同于經典菌種的其他菌種規定為新布魯氏菌種，目前已確定的新布魯氏菌種有6個。

2 布魯氏菌的胞內生活史

布魯氏菌能夠以多種哺乳動物為宿主在其體內定殖，其中反芻動物對布魯氏菌最易感，母畜感染后主要表現為流產。布魯氏菌感染后的致病性強弱和周期長短主要依賴其在吞噬細胞內的生活史。

布魯氏菌通過附著在黏膜與上皮細胞表面受體結合，從而突破黏膜第一道屏障侵入機體，繼而被專職吞噬細胞吞噬，被吞噬后可通過脂筏再次侵入宿主細胞，形成被吞噬泡包裹的布魯氏菌液泡（BCV），8～12 h后，通過與核內體相互作用獲得宿主標記分子，使核內體成熟形成酸化的核內體。此時，BCV形成含有核內體的布魯氏菌液泡（eBCV）。隨著BCV的不斷成熟，IV型分泌系統（T4SS）介導效應蛋白與內質網（ER）出口位點之間進行相互作用，從而獲得內質網和高爾基體衍生膜；隨著早期宿主標記分子的缺失，eBCV獲得了Lys標記分子（如LAMP-1、Rab7等）[12-13]。BCV逃脫了溶酶體的降解后到達ER并建立小生態位，以依賴Sar1和Rab2的方式與ER融合[14]，BCV將轉化成可復制的rBCV，細菌開始大量增殖復制。在感染后期，rBCV會轉化為自噬性布魯氏菌液泡aBCV。此時，aBCV不再成熟。至此，布魯氏菌完成了胞內的增殖循環，宿主最終通過裂解機制和非裂解機制釋放病原體[15]。

3 布魯氏菌的致病機制

布魯氏菌作為兼性胞內細菌，侵入宿主細胞后能在較長時間內定植、生長和繁殖，這完全依賴于布魯氏菌在宿主細胞內的生存周期和逃逸宿主免疫系統的功能。在適應機體細胞內環境的過程中，為了延緩先天免疫系統模式識別受體（PPPs）的識別，布魯氏菌可以改變自身的病原相關模式分子（PAMPs），限制IV型分泌系統依賴的含布魯氏菌的液泡與溶酶體腔室融合，避免其在細胞內被破壞，同時抑制單核細胞凋亡，減少天然T淋巴細胞的激活。此外，布魯氏菌侵入機體后還可以干擾樹突狀細胞的成熟，減少抗原遞呈，影響免疫調節，從而持續感染機體。

3.1 布魯氏菌的免疫逃逸

研究表明，布魯氏菌可以改變自身的病原相關模式分子（PAMPs），來延緩先天免疫系統模式識別受體（PPPs）的識別，從而延遲宿主免疫反應，建立慢性感染[16]。此外，布魯氏菌LPS對陽離子殺菌肽具有高度抗性，使布魯氏菌成為補體系統的不良激活劑[17]。補體C3通過與布魯氏菌LPS特異的O鏈接觸，抑制C3a和C5a的產生，從而避免宿主免疫系統的捕獲。同時，位于細胞壁表面的LPS具有許多長側鏈，可防止攻擊膜復合物接觸細胞膜。

布魯氏菌對磷脂酶A 2、導管蛋白catheteridin、賴氨酸Lys和防御素也有不同的抗性機制，既抑制巨噬細胞中IFN-γ介導的吞噬作用，又抑制TNF-α的表達，從而影響巨噬細胞的功能來逃避宿主的免疫反應[18]。

布魯氏菌效應物可調控樹突狀細胞（DC）成熟過程中TLR信號通路，對T淋巴細胞活化和抗原遞呈有顯著影響。

3.2 布魯氏菌在體內的持續感染

布魯氏菌侵入巨噬細胞后，隨著BCV在ER內的增殖，布魯氏菌通過菌體的某些特定成分與機體細胞相互作用，抑制殺菌劑的合成，抑制信號轉導通路的激活，從而誘導超敏反應。此外，當VirB編碼的T4SS刺激機體時，機體產生的自身免疫反應可以抑制布魯氏菌的繁殖和生長，但不能殺死布魯氏菌，從而導致布魯氏菌與宿主發生對抗，最終引起全身性持續性感染。

布魯氏菌可抵抗吞噬細胞的殺傷，阻止T淋巴細胞的自我識別，抑制腫瘤壞死因子-α的分泌，形成有利于生存的微環境，從而在細胞中大量繁殖，并通過減弱巨噬細胞的吞噬作用和抗原遞呈功能，使其喪失殺傷效應，最后逃避宿主的免疫監視，造成持續慢性感染[19]。布魯氏菌通過Toll樣受體（TLR）逃避宿主最初的自然免疫，通過改變LPS和鞭毛蛋白等毒性因子，引起輕微的炎癥反應，使布魯氏菌在機體中發展為持續性感染[20]。

此外，滋養層細胞也是布魯氏菌存活和復制的關鍵靶細胞。研究發現布魯氏菌在滋養層細胞中的蓄積高于其他器官。布魯氏菌侵入滋養細胞主要引起細胞壞死，并釋放大量布魯氏菌。布魯氏菌壞死灶通過毛細血管持續傳播，成為胎盤慢性感染的主要來源[21]。

布魯氏菌作為兼性胞內細菌與宿主之間的關系非常復雜，涉及多種生物學因素和信號通路。雖然對布魯氏菌胞內兼性寄生機制的研究有了一定進展，但仍有許多問題有待進一步研究。