摘 要：产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)是一种重要的人兽共患病的病原体，它是一类革兰氏阳性产芽孢的厌氧梭菌，可引起人的食物中毒和肠毒素相关腹泻。近年来，研究人员发现由产气荚膜梭菌导致腹泻的主要原因与该菌在芽孢形成过程中产生的一种肠毒素有关。文章重点针对产气荚膜梭菌肠毒素的生物学特性和致病机制等方面的研究做一综述。
关键词：产气荚膜梭菌肠毒素；产气荚膜梭菌肠毒素基因；理化特性；分子生物学特性
携带产气荚膜梭菌的肠毒素(Clostridium perfringens enterotoxin，Cpe)的A型产气荚膜梭菌是引起产气荚膜梭菌性食物中毒的主要病原，该种食物中毒病例数已占整个食物中毒病例总数的第2位[1]。大量流行病学证据表明，Cpe是引起A型产气荚膜梭菌性食物中毒腹泻和呕吐症状的一个非常重要的原因。
1 生物学特性
Cpe是一种单一多肽链的蛋白毒素，将20个氨基酸残基序列与已报道的蛋白序列比较发现它们之间在化学结构上没有太大的相似性，说明Cpe与其他肠毒素有不同的结构，它在芽孢形成Ⅱ期之前即已形成。分子质量为35 ku，含有319个氨基酸。Cpe具有潜在细胞毒活性，各种Cpe可与几种真核细胞的蛋白相结合。在胞浆膜穿入细胞或其他Cpe敏感细胞上形成大的复合物，这种复合物在细胞膜上会导致细胞膜形成小孔。从而改变了细胞膜的通透性，造成小分子的流失。通过对A型产气荚膜梭菌cpe基因的研究发现，整个cpe基因位于一个6.3 kb的转座子上，在cpe基因上游有两个插入序列IS1469和IS1470，下游只有一个插入序列IS1470[2]。这种结构表明，cpe基因在染色体上是不稳定的。这就使得在产气荚膜梭菌自然分离株中很难发现cpe基因[3]。Cpe是一种对热[4]和pH均不稳定的蛋白，在pH 4.0以下迅速灭活，经口食入，在胃中经胃液破坏，故不能引起食物中毒，但如果食入大量产气荚膜梭菌繁殖体后，它可在小肠内形成芽孢，产生出肠毒素。
从E型产气荚膜梭菌分离株的研究中发现，大多数的分离株都带有一种同时携带Iotda毒素基因和高度传染性的cpe序列的质粒。该cpe序列与A型产气荚膜梭菌的功能性cpe相比较时发现，这些E型产气荚膜梭菌的沉默cpe序列中含有9个无义突变和2个移位突变，且缺少启动子和核糖体的结合位点[5]。这些结果揭示了同时携带Iotda毒素和沉默cpe序列的质粒起源于一种携带Iotda毒素基因的DNA片段，并位于质粒上的功能性cpe基因的启动子区域，从而使这种质粒表现为携带一个沉默上的cpe基因。这种cpe基因可在许多产气荚膜梭菌间进行水平转移，从而使A型产气荚膜梭菌转变为E型产气荚膜梭菌。
2 肠毒素的发病机制
在某种特殊条件下，往往由于产生荚膜梭菌繁殖体或孢子在动物内环境中高密度出现，加之饲养和饲料失误，紧张因素如拥挤、长途运输等导致感染。由于肠道内菌群平衡被“爆炸”性的生长繁殖，瞬间在小肠内产生大量的外毒素，进一步造成局部营养缺乏，使得细菌形成孢子，同时释放出肠毒素。肠毒素黏附在肠黏膜上皮上，妨碍了氨基酸的吸收和运输，这时肠壁的通透性升高，使得肠黏膜损伤而发生水样腹泻；严重时，毒素(或细菌与毒素)进入血液循环，引起毒血症(或败血症)，从而导致机体全身衰竭、死亡。Boehnel N A指出：“产生荚膜梭菌致病是由于它们形成分泌的毒素和代谢产物，无毒素产生就不会出现临床症状。”
Matsuda O等[6]用纯化的Cpe(20 mg/L～200 mg/L)对Hela细胞和Vero细胞进行作用，在有Ca2＋时，均能使细胞有小泡形成，不加Ca2＋时无此作用。由此得出，肠毒素的生物学作用包括两个相互衔接的过程，第1步是温度的依赖阶段，不需Ca2＋参与，此时肠毒素与细胞结合，一般结合30 s～60 s后，将无法从细胞上洗掉肠毒素；第2步是Ca2＋依赖阶段，最终导致细胞上气泡和气囊形成。有蔗糖存在能推迟这些生物学作用的出现，并对毒素作用有部分的抑制作用。EDTA、胰酶处理不会影响细胞对肠毒素的敏感性。这些发现为在分子水平上研究肠毒素的作用机理提供了条件。推测产气荚膜梭菌Cpe的作用机理是引起细胞膜通透性改变，进而Ca2＋进入细胞，从而出现一系列生物学效应。
目前许多学者对Cpe＋产气荚膜梭菌对胃肠道致病机理从分子水平上进行了深入研究[6]。首先制备了两个cpe基因敲除的突变株，一株是由染色体携带cpe基因的A型产气荚膜梭菌食物中毒的分离株NCTC8798，采用电穿孔方法进行突变的SM101，另一株是由质粒携带cpe基因的产气荚膜梭菌分离株F4969突变而来的，两个野生型菌株与它们对应的cpe基因敲除的突变株进行毒力比较发现，两个野生型菌株芽孢形成阶段的培养物裂解产物在家兔肠段中可以引起明显的液体积聚和组织损伤[7]，这种病理损伤包括肠段严重的绒毛缩短并伴有脱落，而两种cpe基因敲除的突变株的培养物的裂解产物不能引起家兔肠道的任何变化，但通过转化携带有野生型cpe基因的产气荚膜梭菌——大肠埃希菌穿梭质粒进行的互补效应可以使两种突变株的毒力得到完全的恢复，从而证实，cpe基因敲除突变株毒力的丧失是由于cpe基因的特异性灭活以及由此引起的Cpe表达的丧失。因此，Cpe的表达对于SM101和F4969引起胃肠道的病理损伤和液体的流失是非常重要的。这与采用高纯化的Cpe在家兔回肠段引起液体运输的改变及组织损伤的作用结果一致。
Cpe能够迅速作用于十二指肠、空肠和回肠引起组织损伤，小肠对Cpe最为敏感，出现严重的组织损伤。Cpe引起小肠组织病理变化的分子机理的研究，主要通过电镜对Cpe处理的家兔上皮细胞的观察获得的，肠细胞经Cpe处理后，Cpe很快在细胞膜刷状缘上出现可见肠黏膜损伤，Cpe是一种对细胞膜具有活性的毒素，而且它能够迅速地改变正常哺乳动物细胞膜的通透性。这种通透性的改变最初仅限于分子质量在200 ku以下的小分子物质通过，从而导致细胞胶体渗透压平衡的破坏，使细胞裂解或使细胞的基础代谢过程受到抑制，从而引起细胞的死亡[8]。目前已研究清楚Cpe引起细胞膜通透性的改变是一个独特的多步骤的过程，首先，Cpe与一种肠道上皮细胞的蛋白质受体结合，形成小复合体，大小为40 ku～50 ku，然后小复合体会与其它蛋白进一步在细胞膜上形成一种更大的，包含有Cpe的二级复合体，约160 ku大小，这种复合体就引起通常所见的细胞膜通透性的改变[9]。而且各种大复合体能在细胞膜上形成一种孔状结构，细胞膜能够充分保护其免受蛋白酶的作用。这种保护效应是由于位于大复合体的Cpe插入细胞膜的脂双层，形成了细胞膜孔道。在用Cpe突变株进行的研究进一步发现，大复合体的形成对于Cpe引起的细胞膜通透性的改变和细胞死亡是非常重要的，相对于天然Cpe菌株而言，Cpe突变株能形成更多的大复合体，所以它能引起更强的膜通透性的改变，而不能形成大复合体的Cpe突变株不能引起膜通透性的改变，也不能引起细胞死亡。
3 Cpe的表达与基因调控
最早研究Cpe的表达是20世纪70年代Duncan C L
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