細菌蛋白毒素

1、細菌蛋白毒素Bacterial Protein Toxins,預(yù)防獸醫(yī) 劉艷成內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),天然蛋白毒素,植物毒素,海洋毒素,真菌毒素,動物毒素,細菌毒素,蛇毒、蝎毒,蓖麻毒素相思子毒素,河豚毒素芋螺毒素,A-Sarcin,白喉毒素霍亂毒素,,,,,,一. 細菌毒素的定義,細菌毒素：指單一或復(fù)合蛋白及肽(偶爾與碳水化合物或脂的一部分有關(guān))和細菌性脂多糖（LPS）的集合。局限性：從細菌毒素領(lǐng)域里排除了下例物質(zhì)(1)由細

2、菌產(chǎn)生的毒素性非肽類低分子量分子;(2)本身是非毒素性的(如結(jié)核菌素和鼻疽菌素),但因?qū)е逻^敏性或免疫病理性損害的細菌性物質(zhì);(3)本身是非毒素性的(如透明質(zhì)酸酶和蛋白酶),但可作為強力因素而起到加強毒素的毒效作用的細菌酶和其它蛋白質(zhì)。,二.細菌毒素分類,,脂多糖毒素（細菌內(nèi)毒素）,蛋白質(zhì)毒素和肽類毒素,細菌毒素,存在細胞胞漿或胞質(zhì)內(nèi),或連接細胞膜，一旦細胞溶解,這些毒素可在周環(huán)境中釋放出來,c+和c- 細菌,在活躍

3、生長期或接近生長周期末期,通過細胞外膜后釋放的,蛋白質(zhì)毒素和肽類毒素的約70%是外毒素。,三.外毒素（exotoxin）,1.形成方式：大多數(shù)外毒素是產(chǎn)毒菌進行新陳代謝過程中在細胞內(nèi)合成后分泌到菌體外的，外毒素這一名稱就是這樣得來的。少數(shù)外毒素合成后保存在體內(nèi)，等菌死亡溶潰后才釋放至周圍環(huán)境中的，痢疾志賀菌和腸產(chǎn)毒素型大腸埃希氏菌的外毒素就屬于這種類型。,2.特點來 源：多數(shù)G+菌，少數(shù)G-菌化學(xué)性質(zhì)：蛋白質(zhì)

4、 最小多肽 不 穩(wěn) 定：對熱（大多數(shù)不耐熱，60℃ 30min即可滅活）， 酸和蛋白酶敏感例 外：葡萄球菌腸毒素是例外，若食品被葡萄球菌污 染產(chǎn)生腸毒素后，即使在100℃的高溫下加熱 30min，食后仍能發(fā)生食物中毒。,毒性作用：強 最強的肉毒毒素1mg純品能殺死2億只小鼠，其毒性比化學(xué)毒劑氰化鉀還要大1萬倍。-通常只有毒性菌株才能產(chǎn)生毒

5、素，而非毒性菌株不能產(chǎn)生毒素。Bacterial protein toxins are the most powerful human poisons knownand retain high activity at very high dilutions. The lethality of the most potent bacterial exotoxins is compared to the lethality of

6、 strychnine , snake venom, and endotoxin in Table 1 below.,LETHALITY OF BACTERIAL PROTEIN TOXINS,免疫原性: 強 外毒素能刺激宿主免疫系統(tǒng)產(chǎn)生良好的免疫應(yīng)答反應(yīng)，形成能中和外毒素毒性的特異性免疫球蛋白—抗毒素。抗毒素能中和外毒素使其無毒。外毒素用甲醛處理后，脫毒變成類毒素，但仍保持抗原性。選擇性：強高度生物活性，類似酶催化的作

7、用方式對底物具有高度選擇性作用模式高度專一只攻擊特定的細胞損傷位點顯示毒素作用位點,3.毒素的分類根據(jù)毒素的結(jié)構(gòu)和功能分類根據(jù)外毒素的結(jié)構(gòu)和功能可分為3個類型,A—B毒素,毒素由A、B兩個部分構(gòu)成，多數(shù)細菌毒素屬于此類。A—B部分之間的結(jié)合可用酶切開，但兩部分仍以二硫鍵（一S—S一）連接。,A-B模式：具有A、B亞單位結(jié)構(gòu)A亞單位--決定毒性B亞單位--結(jié)合活性部分，與靶細胞上受體結(jié)合（無毒性）。,毒素的完

8、整結(jié)構(gòu)是致病的必備條件,B亞單位：,可單獨與細胞膜結(jié)合，并阻斷完整毒素的結(jié)合，B亞單位刺激機體產(chǎn)生抗體，阻斷完整毒素結(jié)合細胞，為良好的亞單位疫苗。,A-B toxins,主要外毒素的結(jié)構(gòu)成分,AB5型,b) 膜損傷毒素（membrance disrupting type),又名穿孔毒素（pore-forming toxin)，該類毒素也有兩種不同作用機理：一種為蛋白質(zhì)毒素插入到寄主細胞質(zhì)膜，形成腔或孔直接同細胞質(zhì)連接。因為細胞

9、內(nèi)細胞質(zhì)的滲透壓比外環(huán)境高，寄主體內(nèi)組織中的水便會通過腔或孔大量涌入寄主細胞內(nèi)，使細胞膨脹，甚至破裂。,膜破壞毒素 外毒素通道形成,,SOME PORE-FORMING BACTERIAL TOXINS,膜損傷毒素,2. 另一種損傷膜的毒素主要是酶類，例如磷脂酶，可以去除磷脂部分的電荷，使寄主細胞的磷脂雙層結(jié)構(gòu)破壞，造成細胞裂解。這類膜損傷毒素有時也叫溶血素。,c) 超抗原毒素（superantigen）,主要是葡萄球菌腸毒素、鏈球

10、菌致熱性外毒素,B. 細菌外毒素對宿主細胞的親嗜性和作用方式不同,● 神經(jīng)毒素（neurotoxin）● 細胞毒素（cytotoxin）● 腸 毒 素（enterotoxin）,神經(jīng)毒素--破傷風(fēng)痙攣毒素,2024/3/4,25,破傷風(fēng)桿菌,新生兒破傷風(fēng),26,破傷風(fēng)梭菌引起的肌肉痙攣,作用機制破傷風(fēng)痙攣毒素對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有高度親和力，與其細胞表面神經(jīng)節(jié)苷脂（GM1）結(jié)合，進入細胞后通過輕鏈毒性封閉突觸上抑制

11、性介質(zhì)的釋放，導(dǎo)致伸肌，屈肌同時強烈收縮、肌肉強直痙攣。,破傷風(fēng)痙攣毒素的毒性僅次于肉毒毒素，當(dāng)其含量尚不能引起免疫時即足以致病，而毒素與神經(jīng)突觸的結(jié)合是不可逆的，一般治療無效，因此該病的免疫預(yù)防特別重要。,神經(jīng)毒素—肉毒毒素,肉毒桿菌（Cl. botulinum）在自然界分布廣泛，本菌在厭氧環(huán)境中能產(chǎn)生強烈的肉毒毒素（botulin）。若誤食此毒素污染的食物，可發(fā)生肉毒中毒，引起特殊的中毒癥狀，病死率很高。肉毒毒素是目前已知

12、化學(xué)毒物和生物毒物中毒性最強的一種。對人致死量為1-2μg。lmg肉毒毒素純品能殺死2億只小鼠，毒性比KCN大1萬倍。,作用機制,肉毒毒素具有嗜神經(jīng)性，進入機體后作用于腦及周圍神經(jīng)末梢的肌肉接頭處，在神經(jīng)肌肉接頭處不可逆地與突觸前受體結(jié)合，抑制乙酰膽堿的釋放，從而產(chǎn)生可逆性的橫紋肌弛緩性麻痹，使眼和咽肌等麻痹，引起眼瞼下垂、復(fù)視、斜視、吞咽困難等，嚴(yán)重者可因呼吸麻痹而死，直至受體重新表達。,細胞毒素—白喉毒素,31,白喉桿菌,白喉兒童,

13、致 病 物 質(zhì),白喉外毒素：只有攜帶β棒狀桿菌噬菌體的溶原性白喉桿菌才能產(chǎn)生外毒素。結(jié)構(gòu)：經(jīng)胰酶水解成A亞單位和B亞單位B亞單位有結(jié)合和轉(zhuǎn)位功能，本身無毒A亞單位上有1個催化區(qū)，通過對延伸因子2（EF-2）的滅活抑制敏感細胞的蛋白質(zhì)合成，低鐵環(huán)境下易產(chǎn)生。,溶原性轉(zhuǎn)換,白喉毒素作用機制,,腸毒素—霍亂毒素,2024/3/4,36,霍亂弧菌,霍亂,圖1:霍亂毒素（CT）,腺苷環(huán)化酶（潛在性）,神經(jīng)節(jié)苷酯（GM1）,圖2:霍亂腸毒

14、素與 神經(jīng)節(jié)苷酯結(jié)合,B,B,作用機制,圖3：A亞單位與整個毒素分離。,圖4： A亞單位與整個毒素完全分離,NAD,ADP-Ribose,GTP,A1,A2,圖6：激活細胞環(huán)磷酸腺苷介質(zhì)系統(tǒng)。,A1,A1片段具有二磷酸腺苷（ＡＤＰ)－核糖基轉(zhuǎn)移酶活性，使煙酰胺腺嘌呤二核苷酸分離出ＡＤＰ－核糖轉(zhuǎn)移到三磷酸鳥嘌呤核苷（ＧＴＰ）結(jié)合蛋白中,圖7:激活細胞環(huán)磷酸腺苷介質(zhì)系統(tǒng),ＡＤＰ－核糖能夠抑制Ｇ蛋白a亞基的ＧＴＰ酶活性，阻止ＧＴＰ水解，導(dǎo)致腺

15、苷酸環(huán)化酶持續(xù)活化，使三磷酸腺苷不斷轉(zhuǎn)化為環(huán)磷酸腺苷（cＡＭＰ）。細胞內(nèi)cＡＭＰ濃度持續(xù)升高，刺激隱窩細胞分泌水、氯化物、碳酸氫鹽的功能加強。同時抑制絨毛細胞對鈉和氯離子的吸收，使水和Ｎacl在腸腔積聚，引起嚴(yán)重水樣腹瀉。,G,腸腔,,,霍亂毒素,,,,,,,細胞膜,,,小腸黏膜細胞受體結(jié)合（GM 特殊的神經(jīng)節(jié)苷酯）,Ｇ蛋白結(jié)合，GTP受抑制,腺苷酸環(huán)化酶（ＡＣ）活化,三磷酸腺苷 （ＡＴＰ）,環(huán)磷酸腺苷 （ＣＡＭＰ）,細胞分泌功能增

16、強,細胞質(zhì),腸液分泌增加,,嚴(yán)重脫水,劇烈腹瀉,4. 外毒素的作用方式,Mode of Action 1. 作用細胞膜 - Damage membranes - Forms pores （穿孔毒素）2. 作用于酶Inhibit protein synthesis - N-glycosidase 糖苷酶 Activate 2nd messenger pathways - ADPribosyltransferase 核