鱼源维氏气单胞菌的研究进展

熊广泽，张 焱

(1.武汉外国语学校,湖北 武汉 430022; 2.华中师范大学 生命科学学院,湖北 武汉 430079)

维氏气单胞菌(Aeromonasveronii)又称维罗纳气单胞菌，为水传播性的兼性厌氧菌[1]。气单胞菌属中的致病菌能导致水生、牲畜以及人类患病。维氏气单胞菌对水生变温动物感染性高，该菌感染鱼类后，鱼体往往表现出多种病症，如出血、败血症等，严重时会导致死亡。当前已在我国部分地区对渔业水产养殖造成了较大经济损失。这类致病菌越来越受到人们的关注。维氏气单胞菌的主要毒力因子主要有三类,分别为外毒素，胞外酶和黏附因子。目前在各文献上存在部分毒力因子划分混乱和同物异名的问题，需要勘正。

笔者旨在对维氏气单胞菌的最新研究进展进行报道，总结气单胞菌毒力因子的划分、名称和相关基因，从而为在水产养殖中预防和治疗此类细菌病和今后对维氏气单胞菌的毒性研究提供一定的参考依据。

1 维氏气单胞菌的分类地位和生物学特性

维氏气单胞菌(Aeromonasveronii)属于气单胞菌属(Aeromonas)，是兼性厌氧的革兰氏阴性杆菌。在科级分类阶元上，目前尚无定论，传统观念认为归属弧菌科(Vibrionaceae)[2]，也有学者认为应该归入专有的科——气单胞菌科(Aeromonadaceae)[1,5,6]气单胞菌属总共包含17[7]个种，如维氏气单胞菌(A.veronii)、嗜水气单胞菌(A.hydrophila)、豚鼠气单胞菌(A.caviae)等。气单胞菌可以以有无运动活性为判断标准，划分为无运动力的嗜冷型和有运动力的嗜温型[1,7,8]。维氏气单胞菌和嗜水气单胞菌都属于后者。气单胞菌属中的致病菌为人-畜-鱼共患的致病菌。维氏气单胞菌的DNA序列总长度中位数为4.62Mb。通过对维氏气单胞菌泛基因组(pan-genome)组的研究，结果表明其全基因组大小为7 214个基因[9]。

作为一种能感染陆生和水生动物的病原菌，在温度上，维氏气单胞菌的适宜生长温度为25～30℃。在酸碱度上，能够耐受高pH的环境。这就造成了该菌分布广泛，在自然水体、泥土乃至水生动物的体内普遍存在[1,2,8]，特别是在较炎热的夏季，分离得到的数量最多[10]。又因为其菌株能在普通冰箱的0～4℃低温下/pH 4～10酸碱环境/高盐浓度的条件下生长，所以在不同种类的食品中亦发现存在其菌株，如海鲜以及衍生加工食品等[11]。

2 维氏气单胞菌的致病性

气单胞菌是鱼类和水生动物的重要病原体，能够通过食物感染人类和其他动物。维氏气单胞菌中的有毒菌株的致病性较强，主要感染各种淡水鱼类，如鲤鱼、罗非鱼等[2]。染菌可引起患病鱼类表现出败血症、出血、溃疡、腹水和高死亡率症状，给水产养殖带来巨大的经济损失[12,13,14]。在2009-2014年，张德锋等对华南地区的70个鱼塘里捕获的患病的草鱼、鲫鱼和鳜鱼等15种鱼类进行研究。在该研究中，从上述多种患病鱼类体内分离鉴定出的143株气单胞菌中，有维氏气单胞菌80株，占比56%(80/143)，出现比例在所有气单胞菌中最高，且将不同气单胞菌通过浸浴感染法和腹腔注射法比较研究各菌的毒力，在浸染模型中，表现出最强毒力的是维氏气单胞菌[3]。在国外，维氏气单胞菌引起的大规模养殖鱼类死亡同样较常见，如造成2017年夏季在埃及塞得港省(Port Said)养鱼场尼罗罗非鱼(O.niloticus)大量死亡的主要原因即是由维氏气单胞菌感染而引起的发炎溃疡和败血症[15]。Sabrina Hossain等从52条患病观赏虹鳉(P.reticulata)中分离出5种气单胞菌，其中从34条中分离出维氏气单胞菌，占比65%，出现比例在所有气单胞菌中最高[16]。

维氏气单胞菌不但可以感染包括鱼类在内的水生动物，也可感染包括人在内的哺乳动物。维氏气单胞菌对人而言是一种机会致病菌[1]，不过对免疫功能健全的人也具有一定的感染性[17]。气单胞菌导致的最常见的疾病是肠胃炎症，尤其是对于低龄婴幼儿，可以导致不同严重程度的腹泻[2]。而该菌导致的其他病症包括败血症、肺炎等呼吸道感染以及零星的脑膜炎和偶见溶血性尿毒综合征、急性化脓性关节炎[18,19〗等，在人体内的各种感染多为消化道、呼吸道、浅表皮向循环系统的扩散引起的[20]。

由维氏气单胞菌引起的病例，自1994年报道出第一例后屡有出现。近年来，被维氏气单胞菌感染的病例报导日益增多[20,21]，对公共卫生和人类生命健康造成一定的威胁。

3 维氏气单胞菌的主要毒力因子

3.1 外毒素

外毒素(exotoxin),即胞外毒素，包括气溶素(aerolysin)和肠毒素(enterotoxin)等。这些毒素都是可认为属于同一基因家族的具有相似结构和生物学活性的单一多肽[8,22]。

气溶素又名溶血性外毒素[22]，或简称溶血素(haemolysin)，相关基因主要有三个，分别是aerA，大小为431 bp[2]；ahh1[23]，大小为130 bp；asa1[23]，大小为375 bp。气溶素可作为菌株有无致病性的标志。气溶素具有很强的细胞毒性、溶血性和肠毒性。气溶素的生物功能为结合并破坏受侵染组织细胞的细胞膜，甚至造成受侵染细胞的死亡[24]。

肠毒素是维氏气单胞菌的主要毒力因子，也被称为细胞毒性肠毒素(cytolytic enterotoxin)，相关基因主要有三个，分别是act，ast和alt[23]。分泌肠毒素的菌株经常可以从腹泻的病人中分离得到。肠毒素又可分为细胞溶解性肠毒素和细胞兴奋性肠毒素两类[1,2]。细胞毒性肠毒素的毒性表现在促使小肠隐窝和绒毛的退化。细胞兴奋性肠毒素不会导致上皮退化,而是刺激肠道加强分泌作用，最终导致小肠上皮细胞广泛性损伤。

3.2 胞外酶

胞外酶(extracellular enzyme)，是泛指在细胞外分泌的酶，以分泌游离程度可分为质膜镶嵌型、存在于质膜空间的和扩散型即完全脱离菌体的。对于气单胞菌，胞外酶包括丝氨酸蛋白酶(serine protease)，相关基因为ahpA；弹性蛋白酶(elastase)，相关基因为ahpB；脂酶(lipase)，相关基因为lip[23]。还包括Dnase和几丁质酶等，胞外酶皆由母体菌分泌。胞外酶在气单胞菌感染宿主的过程中发挥重要作用，直接致病或活化其他致病因子以致病[25]。其中，蛋白酶可以直接或间接由蛋白水解激活从而损伤宿主组织[11]。

3.3 黏附素

黏附素(adhesin)又名黏附因子，许多微生物都含有该结构，细菌侵染的重要先决步骤即是通过黏附素黏附及定植在宿主黏膜上。气单胞菌的黏附素分为两类:菌毛黏附素(纤维状黏附素)(fimbrial adhesin)和非菌毛黏附素(外膜蛋白相关的黏附素)(afimbrial adhesin)。细分包含菌毛、荚膜、细胞壁脂多糖、S-层蛋白、外膜蛋白等[26]。

菌毛(fimbriae)是一种具有黏附功能的细胞器，是细菌表面由菌毛蛋白亚基构成的丝状结构。气单胞菌的菌毛可附着于宿主黏膜上皮细胞的相应受体上，便于气单胞菌的局部性增殖或继续侵染。同时，菌毛还可进行其他的细胞活动，如菌体的聚集、对宿主细胞的浸润和菌体的运动等[1]。

荚膜(capsule)是由多糖构成并覆益在细菌细胞外膜上一层黏液层，位于细菌细胞的最外层，高度水合,并可形成同型和异型聚合物。这些结构经常形成,故能参与细菌与环境的相互作用。荚膜已经被鉴定为许多病原菌的主要毒力因子,因具有抗吞噬和抗体液杀菌物质的能力，有助于细菌的存活[27],并有助于入侵鱼类的细胞[28]。

细胞壁脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，一种表面多糖结合物，由脂质、核心寡糖和特定多聚糖或O抗原组成[25,29]，LPS也叫内毒素[14]。为革兰氏阴性菌所特有。LPS是革兰氏阴性菌外膜外小叶的主要成分，是非特异性免疫反应的诱导因子，可引起内源性介质的形成和释放从而造成局部炎症。大部分嗜温气单胞菌的LPS会引起败血症和肠胃炎[2]

S-层蛋白(S layer protein，Slps)是多种细菌被膜最外面的一层亚晶状蛋白层，化学本质为糖蛋白或单一蛋白[1]，分子量40～200 kDa。Slps暴露在细菌最外层，具有黏附、抗补体途径和抗吞噬细胞吞噬等功能[26]。此外，Slps和菌毛亦是噬菌体的结合位点。

外膜蛋白(outer membrane protein，OMPs)是革兰氏阴性菌细胞壁中特有的结构，具有革兰氏阴性孔蛋白的典型特征，包括酸性的pI，高甘氨酸和低脯氨酸含量，无半胱氨酸残基和羧基末端Phe。OMPs的细胞功能与物质运输、保持菌体形态等有关[30]，且具有良好的免疫原性。维氏气单胞菌主要的OMP为分子量38 kDa的OMP38，相关基因的开放阅读框为1047bp，编码349aa的一级蛋白质，成熟的蛋白质为329aa[31]。作为细菌的一种致病因子，与Slps类似，OMPs同样具有黏附、抗血清杀菌、抗补体和抗吞噬的功能，在细菌的致病过程中起重要作用。如OMP A即是维氏气单胞菌重要的黏附素[30]，ompA含有ompAⅠ-ompAⅡ串联同系物[24]。

毒力因子的预测表明，维氏气单胞菌与近源种嗜水气单胞菌和豚鼠气单胞菌之间没有显着差异[9]。气单胞菌致病株并非总是含有上述所有的毒力因子基因，每个气单胞菌致病株可具有1～7个毒力因子相关基因，维氏气单胞菌致病株常见的毒力因子基因组成模式为(aerA+exu+lip+flaA/B+alt+)[32]。

4 维氏气单胞菌的药敏性及展望

就维氏气单胞菌等气单胞菌的药敏性而言，从相应病鱼中分离出的所有气单胞菌菌株对氨苄青霉素的耐药性为92%[33]～100%[22]，对青霉素的耐药性约为100%[22]，对头孢菌素的耐药性为86.7%，对羧苄青霉素的耐药性为62.2%，对红霉素的耐药性为40.0%[22]。对其他常见抗生素如阿莫西林、亚胺培南、萘啶酸、土霉素和利福平的耐药性均超过70.0%[16]。当前最有效的抗菌药物是环丙沙星，近100%的菌株敏感[25]。而大多数被测菌株在1.2 mg·L-1的氯浓度下均未被杀[25]。

气单胞菌目前因较频繁地在夏季于渔业水产鱼塘及实验室集约养殖条件下的鱼缸中暴发，从而日益受到全球各项研究的重视，而维氏气单胞菌正是一种在各项研究中被确认为对鱼类浸浴感染时致病性很强的致病菌。目前，实验室研究A.veronii对鱼类的毒力影响的材料常见的是斑马鱼。维氏气单胞菌对斑马鱼的发育毒害反映在从胚胎到成鱼的各个时期。斑马鱼很容易被维氏气单胞菌感染，由Phelps等人在2017年的研究数据表明，气单胞菌和弧菌是在普通幼鱼中存在的两个最主要的属，52.2%的6 DPF(受精后6日)时期仔鱼体内被检测出感染了气单胞菌[34]。成鱼时，维氏气单胞菌对斑马鱼的毒害则主要表现为出血、溃疡、败血症等，与多种疾病有关[35〗。可表现为肠上皮细胞增殖增多，质量异常[36]。有研究表明，维氏气单胞菌会造成斑马鱼的免疫应答异常性增高[37]。由此看来，可能是维氏气单胞菌的外毒素、胞外酶等毒力因子影响了鱼类的肠道和黏膜从而引发了成鱼的后天免疫应答升高、病症的产生甚至死亡。

以维氏气单胞菌占比多的数种不同的气单胞菌的混合感染是导致鱼塘鱼暴发败血症等疾病的常见原因，因此建议在渔业水产养殖和实验室集约养殖中，应定期消毒，保持水体卫生，减少鱼体密度，适时晒塘洗缸，正确给药，在夏季应加强水体监控，适量补药，合理养殖，从而预防维氏气单胞菌等引起的鱼类病害。