细菌蛋白毒素 Bacterial Protein Toxins,预防兽医 刘艳成 内蒙古农业大学,天然蛋白毒素,植物毒素,海洋毒素,真菌毒素,动物毒素,细菌毒素,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 霍乱毒素,一. 细菌毒素的定义,细菌毒素：指单一或复合蛋白及肽(偶尔与碳水化合物或脂 的一部分有关)和细菌性脂多糖（LPS）的集合。局限性：从细菌毒素领域里排除了下例物质 (1)由细菌产生的毒素性非肽类低分子量分子;(2)本身是非毒素性的(如结核菌素和鼻疽菌素),但因导致过敏性或免疫病理性损害的细菌性物质;(3)本身是非毒素性的(如透明质酸酶和蛋白酶),但可作为强力因素而起到加强毒素的毒效作用的细菌酶和其它蛋白质。,二.细菌毒素分类,脂多糖毒素 （细菌内毒素）,蛋白质毒素 和肽类毒素,细菌毒素,存在细胞胞浆或胞 质内,或连接 细胞膜，一旦细胞溶解,这些毒素可在周 环境 中释放出来,c+和c- 细菌,在活跃生长期或接近生 长周期末期,通过细胞外膜后释放的,蛋白质毒素和肽类毒素的约70%是外毒素。,三.外毒素（exotoxin）,1.形成方式：大多数外毒素是产毒菌进行新陈代谢过程中在细胞内合成 后分泌到菌体外的，外毒素这一名称就是这样得来的。少数外毒素合成后保存在体内，等菌死亡溶溃后才释放至 周围环境中的，痢疾志贺菌和肠产毒素型大肠埃希氏菌的外 毒素就属于这种类型。,2.特点 来 源：多数G+菌，少数G-菌 化学性质：蛋白质 最小多肽 不 稳 定：对热（大多数不耐热，60 30min即可灭活）， 酸和蛋白酶敏感例 外：葡萄球菌肠毒素是例外，若食品被葡萄球菌污 染产生肠毒素后，即使在100的高温下加热30min，食后仍能发生食物中毒。,毒性作用：强 最强的肉毒毒素1mg纯品能杀死2亿只小 鼠，其毒性比化学毒剂氰化钾还要大1万倍。-通常只有毒性菌株才能产生毒素，而非毒性菌株不能产 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 strychnine , snake venom, and endotoxin in Table 1 below.,LETHALITY OF BACTERIAL PROTEIN TOXINS,免疫原性: 强 外毒素能刺激宿主免疫系统产生良好的免疫应答反应，形成 能中和外毒素毒性的特异性免疫球蛋白抗毒素。抗毒素能 中和外毒素使其无毒。外毒素用甲醛处理后，脱毒变成类毒 素，但仍保持抗原性。选择性：强 高度生物活性，类似酶催化的作用方式 对底物具有高度选择性作用模式高度专一 只攻击特定的细胞 损伤位点显示毒素作用位点,3.毒素的分类根据毒素的结构和功能分类根据外毒素的结构和 功能可分为3个类型,AB毒素,毒素由A、B两个部分构成，多数细菌毒素属于此类。AB部分之间的结合可用酶切开，但两部分仍以二硫键（一SS一）连接。,A-B模式：具有A、B亚单位结构 A亚单位-决定毒性 B亚单位-结合活性部分，与靶细胞上受体结合（无毒性）。,毒素的完整结构是致病的必备条件,B亚单位：,可单独与细胞膜结合，并阻断完整毒素的结合，B亚 单位刺激机体产生抗体，阻断完整毒素结合细胞， 为良好的亚单位疫苗。,A-B toxins,主要外毒素的结构成分,AB5型,b) 膜损伤毒素（membrance disrupting type),又名穿孔毒素（pore-forming toxin)，该类毒素也有两种 不同作用机理：一种为蛋白质毒素插入到寄主细胞质膜，形成腔或孔直接同细胞质连接。因为细胞内细胞质的渗透压比外环境高，寄主体内组织中的水便会通过腔或孔大量涌入寄主细胞内，使细胞膨胀，甚至破裂。,膜破坏毒素 外毒素通道形成,SOME PORE-FORMING BACTERIAL TOXINS,膜损伤毒素,2. 另一种损伤膜的毒素主要是酶类，例如磷脂酶，可以去除磷脂部分的电荷，使寄主细胞的磷脂双层结构破坏，造成细胞裂解。这类膜损伤毒素有时也叫溶血素。,c) 超抗原毒素（superantigen）,主要是葡萄球菌肠毒素、链球菌致热性外毒素,B. 细菌外毒素对宿主细胞的亲嗜性和 作用方式不同, 神经毒素（neurotoxin） 细胞毒素（cytotoxin） 肠 毒 素（enterotoxin）,神经毒素-破伤风痉挛毒素,2018/10/21,25,破伤风杆菌,新生儿破伤风,26,破伤风梭菌引起的肌肉痉挛,作用机制 破伤风痉挛毒素对中枢神经系统有高度亲和力，与其细胞表面神经节苷脂（GM1）结合，进入细胞后通过轻链毒性封闭突触上抑制性介质的释放，导致伸肌，屈肌同时强烈收缩、肌肉强直痉挛。,破伤风痉挛毒素的毒性仅次于肉毒毒素，当其含量尚不能引起免疫时即足以致病，而毒素与神经突触的结合是不可逆的，一般治疗无效，因此该病的免疫预防特别重要。,神经毒素肉毒毒素,肉毒杆菌（Cl. botulinum）在自然界分布广泛，本菌在厌氧环境中能产生强烈的肉毒毒素（botulin）。若误食此毒素污染的食物，可发生肉毒中毒，引起特殊的中毒症状，病死率很高。 肉毒毒素是目前已知化学毒物和生物毒物中毒性最强的一种。对人致死量为1-2g。lmg肉毒毒素纯品能杀死2亿只小鼠，毒性比KCN大1万倍。,作用机制,肉毒毒素具有嗜神经性，进入机体后作用于脑及周围神经末梢的肌肉接头处，在神经肌肉接头处不可逆地与突触前受体结合，抑制乙酰胆碱的释放，从而产生可逆性的横纹肌弛缓性麻痹，使眼和咽肌等麻痹，引起眼睑下垂、复视、斜视、吞咽困难等，严重者可因呼吸麻痹而死，直至受体重新表达。,细胞毒素白喉毒素,31,白喉杆菌,白喉儿童,致 病 物 质,白喉外毒素：只有携带棒状杆菌噬菌体的溶原性白喉杆菌才能产生外毒素。结构： 经胰酶水解成A亚单位和B亚单位 B亚单位有结合和转位功能，本身无毒 A亚单位上有1个催化区，通过对延伸因子2（EF-2）的灭活抑制敏感细胞的蛋白质合成，低铁环境下易产生。,溶原性转换,白喉毒素作用机制,肠毒素霍乱毒素,2018/10/21,36,霍乱弧菌,霍乱,图1:霍乱毒素（CT）,腺苷环化酶（潜在性）,神经节苷酯（GM1）,图2:霍乱肠毒素与 神经节苷酯结合,B,B,作用机制,图3：A亚单位与整个毒素分离。,图4： A亚单位与整个毒素完全分离,NAD,ADP-Ribose,GTP,A1,A2,图6：激活细胞环磷酸腺苷介质系统。,A1,A1片段具有二磷酸腺苷（)核糖基转移酶活性，使烟酰胺腺嘌呤二核苷酸分离出核糖转移到三磷酸鸟嘌呤核苷（）结合蛋白中,图7:激活细胞环磷酸腺苷介质系统,核糖能够抑制蛋白a亚基的酶活性，阻止水解，导致腺苷酸环化酶持续活化，使三磷酸腺苷不断转化为环磷酸腺苷（c）。细胞内c浓度持续升高，刺激隐窝细胞分泌水、氯化物、碳酸氢盐的功能加强。同时抑制绒毛细胞对钠和氯离子的吸收，使水和acl在肠腔积聚，引起严重水样腹泻。,G,肠腔,霍乱毒素,细胞膜,小肠黏膜细胞受体结合（GM 特殊的神经节苷酯）,蛋白结合，GTP受抑制,腺苷酸环化酶（）活化,三磷酸腺苷 （）,环磷酸腺苷 （）,细胞分泌功能增强,细胞质,肠液分泌增加,严重脱水,剧烈腹泻,4. 外毒素的作用方式,Mode of Action 1. 作用细胞膜- 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 核糖基转移酶 Protease - Zinc-metalloprotease 金属蛋白酶 3. 激发免疫反应 - Superantigen,5. 临床应用,谢谢！,