第一章　结核病细菌学概述

根据2001年版以系统发生为基础、参照16S rDNA序列重新编排的《伯杰细菌系统分类学手册》，结核分枝杆菌属于细菌域、放线菌门、放线菌纲、放线菌亚纲、放线菌目、棒杆菌亚目、分枝杆菌科、分枝杆菌属，其特征是基因组中富含G+C序列（61%～71%）、细胞壁富含类脂质（可达60%）。其高G+C含量增加了结核分枝杆菌的遗传稳定性，而富含脂质的细胞壁赋予了分枝杆菌属细菌典型的特征，如抗酸染色性、极端疏水性和对伤害因素（如抗生素和机体免疫反应等）的抗性等。

结核分枝杆菌典型的基本形态为细长、直或稍弯、两端钝圆、有微荚膜、无芽胞、无动力的杆菌，常呈分支状生长。菌体宽度在0.2～0.6μm之间，菌体长1～10μm（通常3～5μm）。菌体的一端或两端有较深的异染颗粒，富含多磷酸盐，可能是能量储存和氧化还原反应的场所，有时可呈串珠状。在结核患者痰标本中结核分枝杆菌可单个散在、2个以上呈“人”、“Y”等排列，缠绕呈索状或丛状时为有毒株的典型形态学特征。

除此之外，结核分枝杆菌亦可呈现出颗粒型、滤过型和球菌型等多种形态。在结核分枝杆菌发育的特定阶段，可表现为非抗酸性、非细菌细胞性、革兰染色阳性的颗粒型体。在电子显微镜下可观测到比典型结核分枝杆菌小20倍的超小型滤过型菌体，可能是结核分枝杆菌在宿主体内产生持留现象的原因之一。而细胞壁缺陷的结核分枝杆菌可表现为球形体，可能为其免疫逃逸和产生耐药性的部分原因。

受限于温血动物宿主提供的生长条件，结核分枝杆菌为嗜温、嗜中性微生物，生长的最适pH为6.5～7.2，最适温度为37℃，28℃以下停止生长。体外生长时需提供氮源、碳源、无机盐（磷、铁、镁、钾、硫等）和生长因子。结核分枝杆菌生长速度缓慢，18～24小时分裂一次，在固体培养基上呈现灰黄白色、干燥颗粒状，显著隆起，表面粗糙皱缩、菜花状的菌落；在液体培养基未加分散剂的情况下于液面形成粗纹皱膜，培养基自身保持透明。

结核分枝杆菌是专性需氧、自养兼异养型微生物，具有极佳的生存策略，当栖息环境变化时能够进入不同的生理途径以适应不同的特殊环境，从而最大限度地保持其病原性及物种的延续性:其在高氧分压的组织中生长旺盛，如肺部上叶病灶；在低氧分压情况下亦能耐受，如骨结核、淋巴结结核、干酪样球形病灶等；而在小鼠感染过程中又可从需氧的碳水化合物代谢模式转变成微需氧和利用脂质的模式；在体外无氧状态下不能分裂增殖，但可转入休眠状态并长期存活。

结核分枝杆菌对外环境的适应性较强，黏附在尘埃上可保持传染性8～10天，在干燥痰内可存活6～8个月，在患者衣物上可存活长达2年，对酸、碱和干燥均有一定抵抗力。但对湿热、紫外线和乙醇敏感，在阳光暴晒下仅能存活数小时，70%乙醇作用2分钟即可杀灭之。

结核分枝杆菌危及人类的历史可追溯至50万年以前，这种古老的传染病曾在全世界广泛分布，其流行可持续数个世纪，被称为“白色瘟疫”。目前，全世界约有880万结核患者（2010年数据），其中年龄分布在15～54岁之间的占75%，处在社会生产能力的黄金年龄段，且占全部患者95%的病例和99%的死亡病例均存在于发展中国家。

结核分枝杆菌可经呼吸道和消化道传染，偶可通过破损的皮肤、黏膜、生殖器官等接触传染，而先天性结核病传染途径为经（破损的）胎盘或吸入羊水感染，多于出生后不久发生粟粒性结核病或生殖器结核。

呼吸道是结核分枝杆菌主要的传染途径，约95%的结核感染者是经呼吸道传染，且可经飞沫、飞沫核和尘埃等多种空气传播方式传染。加之人体对结核分枝杆菌普遍易感、感染剂量又较低，不到10个有活性的结核分枝杆菌即可使人患病，致使结核分枝杆菌非常易于在人际间传播。

结核分枝杆菌可侵犯全身各器官而发病，但以肺结核为最多见。宿主免疫反应可以控制其不能活跃繁殖和扩散，但几乎不能根除之，是胞内致病菌中最容易维持潜伏状态的。而结核病一旦从低流行水平转入高流行水平，其主要传播方式亦将从与结核患者密切接触为主转为经公共场所的不经意接触为主，公共危害极大，故必须采取科学的综合性防治措施加以有力控制，如隔离患者、改善基础公共卫生服务措施等。

结核分枝杆菌缺乏外毒素、内毒素与侵袭性酶类，基因组中无毒力岛，也不携带质粒。结核患者的临床症状与体征中除咳嗽是慢性肺部炎症的症状外，多为宿主的免疫反应所致，特征为发热、消瘦，是一种慢性消耗性疾病。因此，结核分枝杆菌的致病性可能主要与其菌体成分、菌体特殊构造、代谢物质的毒性、在宿主体内大量繁殖引起的炎症以及机体应答的免疫损伤等因素有关。

结核分枝杆菌的类脂质含量超过60%，远高于类脂质含量较高的革兰阴性菌（20%）。类脂质是一类复杂的化合物，含有分枝菌酸、索状因子、磷脂和蜡质D等，与结核杆菌的毒力密切相关。

分枝菌酸是结核分枝杆菌和棒状杆菌属独有的成分，可形成有效的屏障，使其免受溶菌酶、自由基等的损伤，并可抵抗亲水性化合物或抗生素的攻击。

索状因子是分枝菌酸和海藻糖结合的一种糖脂，可使结核分枝杆菌在液体培养基中呈蜿蜒索状排列，结核分枝杆菌的致病性、毒性、保护自身抵抗宿主免疫反应的多种生物学行为都可归因于此。它能破坏细胞线粒体膜、影响细胞呼吸、抑制白细胞游走和引起慢性肉芽肿。但它亦存在于无索状形成的非致病性分枝杆菌中，故上述活性可能应归结于其特殊的表面构造及巨大的数量。

磷脂能促使单核细胞增生，并使炎症灶中的巨噬细胞转变为类上皮细胞，形成结核结节。

硫酸脑苷脂可抑制吞噬细胞中吞噬体与溶酶体的结合，使结核分枝杆菌能在巨噬细胞中长期存活，甚至可休眠数年至数十年，并保持随时复苏的能力。

蜡质D是一种肽糖脂和分枝菌酸的复合物，可激发机体产生迟发型超敏反应。

多糖类物质是结核分枝杆菌细胞壁中的重要组成部分，占细胞壁组分的30%～40%，在结核分枝杆菌的致病性中发挥重要作用。脂阿拉伯-甘露醇聚糖是细胞壁的主要糖脂，可抵抗巨噬细胞的杀灭作用，而阿拉伯半乳糖层可阻止疏水性分子的进入等。

蛋白质有抗原性，和蜡质D结合后能使机体发生超敏反应，引起组织坏死和全身中毒症状，并在形成结核结节中发挥一定作用。而细胞壁上的选择性阳离子孔蛋白可有效控制或阻滞亲水性小分子的扩散、大大降低化合物的渗透性，致使药物进入高疏水性细胞壁间隙比较慢，构成了结核分枝杆菌对药物的第一道防线。

药物敏感结核分枝杆菌菌株细胞壁的平均厚度为（15.6± 1.3）nm，但耐多药和广泛耐药株的细胞壁厚度却分别可达（17.1±1.03）nm和（20.2±1.5）nm。而且，结核分枝杆菌细胞壁肽聚糖交联的程度是70%～80%，远高于大肠埃希菌的20%～30%，可能与结核分枝杆菌的致病性密切相关。

结核分枝杆菌具有主要由多糖、部分脂质和蛋白质构成的微荚膜。荚膜可部分阻挡宿主的生物活性物质进入菌体内以保护结核分枝杆菌，还可与吞噬细胞表面的补体受体结合，有助于结核分枝杆菌在宿主细胞上的黏附与入侵。而且，荚膜还可抑制吞噬体与溶酶体的融合，荚膜中含有的多种酶类可降解宿主组织中的大分子、供给入侵的结核分枝杆菌繁殖所需的营养。

结核分枝杆菌是专性哺乳动物胞内寄生菌，可以感染多种细胞，如巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞和肺泡上皮细胞等，因此机体的免疫反应主要以细胞免疫为主。但结核分枝杆菌往往能干扰正常的细胞免疫过程，从而逃逸免疫损伤并对宿主造成伤害。

是结核分枝杆菌进入人体后感染的主要靶细胞，它一方面是杀死结核分枝杆菌的效应细胞，一方面也是结核分枝杆菌潜伏感染的场所。结核分枝杆菌通常聚集在巨噬细胞的吞噬体中，它能通过抑制吞噬体与溶酶体的结合、阻断吞噬体的酸化等来抑制其成熟，以避免聚集在吞噬体中的菌体被杀灭。

可最早聚集到炎症部位，通过氧依赖的杀菌物质和胞外捕获机制等来杀灭结核分枝杆菌。但由于不同宿主对结核分枝杆菌的敏感性不同，中性粒细胞的病理损伤作用可能会超过其保护作用。

以CD4 ⁺和CD8 ⁺细胞为主的T细胞介导细胞免疫是机体对结核分枝杆菌的主要特异性免疫，但与此同时也会引发迟发型超敏反应并造成对机体自身的损伤。CD8 ⁺细胞可产生颗粒溶素和穿孔素来直接杀灭结核分枝杆菌，而抗原特异性的溶细胞性CD4 ⁺细胞可杀灭吞噬了结核分枝杆菌的巨噬细胞。但CD4 ⁺细胞对巨噬细胞的溶解作用会导致结核分枝杆菌的再次扩散，释放出的结核分枝杆菌又会被其他巨噬细胞所吞噬。只有调节巨噬细胞和CD4 ⁺T细胞活性间的平衡才有利于感染的控制，否则便会发病，如HIV感染等降低CD4 ⁺细胞水平时。

树突状细胞参与抗结核分枝杆菌感染的保护性免疫反应，可通过分泌细胞因子来诱导T细胞分化成熟为辅助性T细胞亚群（Th1）以发挥杀菌效能。但结核分枝杆菌可损害树突状细胞递呈脂类抗原的能力，其细胞壁成分能阻止脂多糖类组分诱导的树突状细胞表型的成熟，并可随感染的树突状细胞转移至外周淋巴结，从而导致感染扩散。

总之，在数十万年的进化过程中，结核分枝杆菌已高度适应人类这一最主要的宿主群体，致病机制非常复杂，人体自身的免疫系统很难将其完全清除，故亟待采取科学的综合性防治措施加以控制。