军团菌肺炎(legionella pneumonia)是由嗜肺军团菌(Lp)引起的肺炎,Lp经呼吸道侵入人体,以肺部感染伴全身多系统损害为主要表现,可散发或暴发流行。夏秋季多发,潜伏期一般为2~10 d。主要易感人群包括吸烟者、免疫功能缺陷者、器官移植者、慢性肺部疾病者、严重的糖尿病、肾脏病患者、65岁以上的老年人、酗酒者、集中空调冷却塔维护人员等。尽快确诊和治疗可以大大降低军团菌肺炎的死亡率。
(一)临床表现
亚急性起病,症状包括发热、头痛、寒战、咳嗽或痰中带血,胸痛和肌痛,部分病人有恶心、呕吐、腹泻、相对缓脉,有些患者尤其是儿童,可出现精神神经症状如谵妄、幻觉甚至昏迷等,重症病人可发生急性肾衰竭、休克,或因菌血症产生肺外器官感染。X线胸片显示肺部有浸润性阴影,部分有胸腔积液,重症病人有肺脓肿甚至空洞。
(二)发病机制
主要为人体肺组织细胞受到嗜肺军团菌的感染。具体的病理学发病机制包括以下几个方面。
1.细菌感染 嗜肺军团菌是兼性胞内寄生菌,可以在原生动物及真核生物的巨噬细胞内繁殖,并逃避吞噬溶酶体的杀菌作用,建立自己独特的繁殖方式。嗜肺军团菌进入人体肺泡,被肺泡巨噬细胞吞噬,形成特殊的含嗜肺军团菌囊泡,嗜肺军团菌在肺泡巨噬细胞内繁殖,引起急性重症性肺炎军团菌病。
(1)入胞方式。嗜肺军团菌进入人体肺泡,引发补体C3的降解,嗜肺军团菌的外膜蛋白使C3b固定在其表面,利用C3b与吞噬细胞的补体受体CR(complement receptor),促进吞噬细胞对嗜肺军团菌的获取。黏附在吞噬细胞膜上的嗜肺军团菌通过胞质内陷的方式进入宿主细胞,这个过程需要宿主细胞肌动蛋白骨架的参与,在胞质中形成含军团菌的吞噬体囊泡。嗜肺军团菌在巨噬细胞中通过二分裂繁殖,大量繁殖后会把细胞内营养物质耗尽,此时就会胀破吞噬泡,导致宿主细胞死亡。热灭活和福尔马林灭活后的嗜肺军团菌通过正常吞噬途径进入吞噬细胞,可形成吞噬溶酶体,最终嗜肺军团菌被降解。致病性的嗜肺军团菌进入宿主细胞后形成含嗜肺军团菌的吞噬体囊泡不与溶酶体融合,不会被降解。
(2)含嗜肺军团菌囊泡的形成。嗜肺军团菌以内吞的方式进入人体吞噬细胞,特别是肺巨噬细胞,形成含嗜肺军团菌囊泡(L.pneumophila-containing vacuole,LCV),这个过程包括吞噬体之间的融合、吞噬体与细胞内小囊泡和吞噬体与宿主细胞分泌的膜蛋白的融合。由于早期的LCV的表面带有宿主细胞的核糖体成分,因此不会被酸化。通过对LCV表面BiP蛋白检测及电镜观察表明,嗜肺军团菌刚被吞噬的5 min内LCV就开始募集内质网囊泡。此后LCV开始摄取内质网和高尔基体间循环的囊泡蛋白,但LCV只摄取Rab1,而不摄取Rab2或Rab6(Rab1、Rab2和Rab6都是小GTP酶)。Rab1对LCV的毒力很重要,如果抑制Rab1的活性就会阻碍细胞内嗜肺军团菌的繁殖。囊泡形成1~2h,内质网蛋白开始与LCV连接,4~6h的时候,LCV的膜已经融合入粗面内质网,被吞噬后4~6h的嗜肺军团菌,开始在囊泡里大量繁殖。细菌的繁殖需要大量氨基酸,氨基酸的转运和自噬作用对于嗜肺军团菌在胞内的繁殖很重要。在LCV形成18~24 h后,吞噬标记蛋白LAMP-1、组织蛋白酶D、Rab5等会逐渐消失。更重要的是,在LCV形成过程中有较多的Rab7参与,Rab7作为一种分子较小的鸟苷酸三磷酸酶,在囊泡形成的起始中起着重要调节作用。所以,尽管LCV的形成和分解不是按照经典的吞噬途径,但在分泌和吞噬过程中仍然离不开囊泡间的相互作用。
(3)胞内生长与繁殖。嗜肺军团菌在宿主细胞中有独特的生长周期,即对数生长期和稳定期。嗜肺军团菌动物模型和嗜肺军团病患者的组织样本显示,在嗜肺军团菌对数生长期,细菌在LCV内大量繁殖,不产生鞭毛等毒力因子;而细菌在稳定期产生的毒力因子明显增加,毒性也比较强,并释放穿孔蛋白,导致LCV膜和宿主细胞膜上出现大量的小孔,释放出大量的嗜肺军团菌,感染新的宿主细胞,使细菌在稳定期的传播能力明显增强。有人用蛋白质组学双向差异荧光凝胶方法分析嗜肺军团菌对数生长期和稳定期的毒性,其中64种蛋白在稳定期时比较高,例如与糖酵解有关的酶、酮体3-羟基丁酸酯,这表明当氨基酸缺少时,嗜肺军团菌可利用糖和脂质作为能源。与侵袭有关的蛋白在稳定期表达较高,增加了细胞毒性,增强了抗渗透、运动以及逃避吞噬-溶酶体融合的能力,增强了感染宿主细胞的能力。
2.致病物质 近年来,对嗜肺军团菌致病物质的研究已取得了一些进展,如内毒素、鞭毛、Mip蛋白的PPIase活性、蛋白水解酶和磷酸酶。这些物质可抑制吞噬体与溶酶体的融合,使嗜肺军团菌在吞噬细胞内生长繁殖而导致宿主细胞死亡。
(1)内毒素。革兰阴性细菌释放的内毒素在高等生物体内产生病理效应,体现其毒力作用。内毒素大量产生时会引起发热、白细胞减少、呼吸急促、低血压、DIC,并最终导致不可逆性休克。感染性休克综合征有20%~50%的致死率。嗜肺军团菌的内毒素除了有上述作用外,还可以通过脂多糖维持气溶胶中细菌的浓度,引起促炎作用及肺部感染,能使嗜肺军团菌附着在宿主细胞上,影响吞噬体磷脂双层结构,抑制吞噬体与溶酶体融合。嗜肺军团菌的内毒素能激活补体系统,促进嗜肺军团菌进入单核巨噬细胞内。
(2)鞭毛。嗜肺军团菌有一个单极鞭毛,单极鞭毛蛋白由flaA基因编码。当生长温度高于37℃时,flaA基因表达降低,稳定期flaA基因的表达增加,氨基酸缺乏时flaA基因的表达增加。嗜肺军团菌的鞭毛能促进细菌进入宿主细胞,增强侵袭能力。鞭毛的完整性决定了嗜肺军团菌在阿米巴内的繁殖和感染巨噬细胞的能力。
(3)Mip蛋白。Mip蛋白是军团菌主要的毒力因子,位于嗜肺军团菌外膜,可促进嗜肺军团菌在体内的传播,影响肺巨噬细胞的有氧氧化及胞浆膜去极化,增强嗜肺军团菌穿过肺上皮细胞和细胞外基质的障屏能力,抵抗宿主细胞杀灭细菌。Mip蛋白的C端具有PPIase活性,属于FK506连接蛋白酶家族,能与巨噬细胞FK506结合,抑制巨噬细胞的活化,逃避巨噬细胞的吞噬。研究表明,只有有完整的PPlase活性位点存在时,嗜肺军团菌Mip蛋白才能发挥其毒力。PPIase发挥作用使FK506抑制巨噬细胞,使嗜肺军团菌可以在细胞内存活。嗜肺军团菌被单核细胞系Mono-Mac6吞噬6h后Mip蛋白活性灭活,而在胞内繁殖24 h后又复活,Mip蛋白可以与巨噬细胞蛋白结合,从而逃避吞噬体的吞噬。Mip蛋白的失活会影响嗜肺军团菌进入巨噬细胞、原生动物、肺泡上皮等真核细胞。(www.xing528.com)
(4)蛋白酶。嗜肺军团菌的培养液中或菌体分裂后会产生具有蛋白裂解活性的物质。如分子量为38 kDa的蛋白酶,能裂解胶原、产生色素,引起肺组织损伤。组织损伤蛋白酶使某些血液蛋白酶抑制剂如α-抗胰酶失活,还可直接减弱吞噬细胞和NK细胞的功能。嗜肺军团菌产生含锌离子金属蛋白酶,这种酶可引起吞噬体的破坏和细胞裂解。
(5)磷酸酶。部分酸性磷酸酶会使宿主细胞的磷酸蛋白、磷酸糖、磷酸化氨基酸去磷酸化成为致病物质;部分酸性磷酸酶会抑制中性粒细胞的作用,从而抑制吞噬细胞的杀菌作用。
3.环境因素 军团菌病最基本的流行病学特征包括两点:①介水体繁殖形成传染源;②介空气(气溶胶)传播导致疾病。因此环境因素,包括环境水体、环境温度、共生环境、人类生活的建筑环境等,在军团菌的致病过程中也起到十分重要的作用。军团菌病的环境致病机制如图22-1所示。
图22-1 军团菌病环境致病机制示意图
(1)适合生长繁殖的水体。军团菌是一类水生菌群,生存环境比较广泛。曾在河水、溪水、污染的热水、温泉水和湖岸边的水中有分离到。当水温在31~42℃,水中有丰富的有机物时,这种菌就能长期存活。军团菌又是人工管道水源中常见的一类菌群,因此,与现代生活息息相关的人工水环境,例如空调冷却塔、淋浴池、游泳池甚至宾馆的养鱼池水均可以是其生存定居的小生境。
(2)环境温度。军团菌作为一种病原体广泛存在于自然界的油和水中,并以较低浓度存在。但是在温暖潮湿的环境中,军团菌的数量会急剧地增加。军团菌的繁殖温度是20~50℃,最适宜的温度是35~40℃。水温低于20℃时军团菌难以增殖,而高于60℃则难以存活。具体的水温与病菌繁殖的相互关系如图22-2所示。集中式空调冷却塔等处常年生长着原生动物、藻类等。
(3)共生环境。军团菌为淡水细菌,见于世界范围内的水生环境,但人工用水系统往往能够提供更有利于军团菌生长的环境,即共生环境,包括阿米巴原虫和藻类。研究发现至少有30种阿米巴原虫和2种纤毛原虫可以接受军团菌在细胞内寄生。军团菌进入原虫后,首先被包裹在线粒体和细菌囊泡形成的吞噬体之中,从而预防了溶酶体对军团菌的杀灭作用,然后军团菌在原虫胞内增殖。这是军团菌在环境中唯一的增殖方式,其增殖周期约为4d。在原虫胞内寄生的军团菌对高温、酸性以及高渗的外界环境的抵抗力会加强,同时对消毒剂等的耐受性也会明显增加。军团菌还可以存在于用水系统中的生物膜内,与藻类也有共生关系。如果该小环境中的微型生物群落结构能与军团菌构成共生关系,军团菌就可以大量繁殖,然后通过流动水、冷却塔喷雾漂移或小泡喷射及蒸发作用产生的含菌气溶胶传播感染于人群。
图22-2 环境温度对军团菌生长活动的影响
(4)建筑设计。近20多年有记载的军团病感染事件中,由集中空调系统冷却塔引起的军团病感染病例约占3/4,因此空调冷却塔已被公认为是军团病暴发流行的主要污染源。在建筑物设计过程中,如何正确设计冷却塔的地理位置和安装相应的安全装置,对预防气溶胶的形成和传播有非常重要的意义。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。