4.4　炭疽病的形成与防治

庄 汉 澜
（中国军事医学科学院微生物流行病研究所）

一、难以杀灭的炭疽芽孢

    炭疽杆菌是需氧芽孢杆菌属中最重要的致病菌。与一般细菌不同，所有芽孢杆菌属细茵的生活周期都有繁殖体（菌体）、孢子囊和芽孢3个期。在对数生长末期、营养贫乏或有氧环境中，细菌会在菌体内形成圆形或卵型小体称为内生孢子（endospore），简称芽孢。芽孢带有完整的核质、酶系统、合成菌体的机构，保存细菌的全部生命活性。在适宜的条件下，芽孢通过激活、发芽、生长3个连续阶段又可成为新的繁殖体，继续分裂、增殖、活跃生长（图1），所以芽孢是处于休眠状态的细菌，广泛存在于空气、尘埃、地表、水源、土壤和腐烂物体中。每种细菌的芽孢形态、大小和在菌体中所处部位相当稳定，这在细茵鉴别上有重要意义。如图2所示，芽孢具有多层厚膜结构，其中芽孢壳（Coat）由一种类似角蛋白（Keratin）的憎水蛋白质组成，非常致密，不具渗透性，能抗御表面活性剂、化学药物的渗透和常用物理灭菌法。

图1　细菌芽孢的形成与发芽	图2　细菌芽孢结构

图3　在美国发现第一批炭疽病患者后，特别行动队正在投入工作（摘自《Newton科学世界》）

炭疽芽孢能存活多久？据已有资料：它在血块和动物粪粒中可存活40年以上，在干燥明胶或琼脂中保存55年仍能发芽和有毒力，在染色标本中仍能引起实验室感染。被炭疽芽孢污染的地表、土壤虽在阳光等环境因素作用下存在生物衰亡，但20-30年后仍可检测出相当数量有感染力的芽孢，仍可引起放牧牲畜发病、死亡，造成炭疽爆发流行，成为自然疫源地，并且洗消十分困难，往往是顽固疫点。1941-1942年，英国曾在苏格兰Grainard Island实验了炭疽芽孢炸弹，佑计约4×10¹⁴个芽孢被扩散，安置于起爆点下风的羊只在几天内死于炭疽，说明炭疽芽孢可通过爆炸分散成气溶胶，造成牲畜吸入后死亡。第二次世界大战后的20多年中，每年皆查出活芽孢。1979年（污染后37年）从0-6厘米深的土层中检出活芽孢。为了消除污染，1986年英国国防部多次使用表面喷洒、钻空注入甲醛液法，历时一年多才洗消结束，共用去280吨福尔马林和2000吨海水。由此可见，在泥土中炭疽芽孢可存活至少37年以上，杀灭它有多难！因此，对芽孢的消毒效果评估应以芽孢是否被全部杀灭为标准，即使仅有几个芽孢残留，也将是后患。

二、炭疽杆菌和炭疽病  

图4　炭疽芽孢杆菌（x1000）

炭疽杆菌是人类历史上第一个被发现的病原菌，是致病菌中最大的杆菌之一，两端平切，无鞭毛，在宿主标本涂片中呈单个或短链，培养后常形成竹节状长链。在有氧条件下形成芽孢，呈椭圆形，位于菌体中心，囊孢不膨大（图4）。炭疽菌营养要求不高，在一股培养条件下极易生长。有毒炭疽菌有三个毒力因子：荚膜和两个毒素，分别由Pox₂和Pox₁质粒DNA编码。质粒丢失，毒力也消失成为弱毒株或无毒株。荚膜在体内有抗吞噬作用，有利于细菌的繁殖扩散；在体外，荚膜能掩盖嗜菌体受体，阻止嗜菌体裂解菌体。有毒炭疽菌在生长过程中合成毒素，毒素由水肿因子（EF）、致死因子（LF）和保护性抗原（PA）三种组分构成。EF是腺苦环化酶，使体内ATP转化成cAMP；LF是Zn-依赖内肽酶，底物为促分裂原活化蛋白激酶1.2（MAPKK1.2），裂介MAPKK、阻断MAPK信号传导途径和使细胞溶解；PA是结合单位，与宿主吞噬细胞表面受体结合后寡聚化形成离子通道，使EF、LF组分得以进入胞质溶胶而发挥毒性作用。所以单个毒素组分无毒性，但EF+PA构成水肿毒素，LF+PA构成致死毒素，炭疽毒素的这种作用模式与多种细菌毒素相似。

炭疽是人畜共患急性传染病。草食家畜是主要易感动物，家畜食用或吸入炭疽芽泡污染的水、草和饲料后，芽孢可在家畜体内迅速发芽、繁殖而发病，表现为急性败血症，常突然死亡，并伴有自然孔出血，血不凝固，含有大量细菌，细菌遇到空气形成芽孢，造成新的环境污染。因此，炭疽感染的病、死畜严禁剥皮、解剖，必须整体深埋并覆盖生石灰。猪、狗、猫等杂食动物，虎、狮、豹、狼等肉食动物也可因误食炭疽病畜肉而感染死亡。一个多世纪以来，炭疽一直被列为世界性五兽疫之一，每年有大量牲畜因炭疽而死亡，经济损失严重。在非洲纳米比亚国家公园，炭疽菌在以角马为主的草食野生动物间保持野外生态循环，至今消长不衰，表明炭疽菌污染的尸体进人了食物链。
    人对炭疽杆菌中等敏感，在正常情况下人患炭疽多由屠宰病畜，接触污染的皮、毛、骨粉、尘土和误食病畜肉引起，是典型的畜源性传染病。目前，人间炭疽在世界各大洲的老疫区仍有散发或局部地方性流行，主要在发展中国家，尤其以非洲西部流行较为严重。据世界卫生组织（WHO）估计，全球每年约有2万-10万病例，以皮肤型炭疽为主（图5）。解放后，我国加强了防疫措施，工业型炭疽病例极少见，农业型屡有发生，全国27个省区有病例报道，主要在西南、西北的广大农村、牧场，占全国总发病数的90%以上，农牧民是主要受害者。以皮肤型炭疽为主，占91.84%；肠型次之，占5.97%；肺型少见，占2.186%。炭疽病的传播途径见图6。

图5　皮肤型炭疽（据J.G.Black）

人炭疽的潜伏期一股为3-5天，短的仅数小时。根据感染途径，临床分为三型∶①皮肤炭疽，多发生于身体外露部位，典型症状是无痛、周围水肿中央结黑痢的炭疽痈（图5）；②肺炭疽，吸入炭疽芽孢引起，初起似感冒，稍缓解后突发生急性呼吸衰竭、休克，迅速致死；③肠炭疽，食用了未煮透的病畜肉所致，起病急，呈急性胃肠炎型或急腹症型。后两型又称内脏型炭疽，易误诊，死亡率高达70%-100%。凡三型并发败血症时会引起炭疽性脑膜炎而死亡。炭疽的传染性不是很强，尚无人与人直接传播报道。炭疽在我国列为乙类传染病，发生肺炭疽要按甲类传染病处理。只要医生警惕，炭疽诊断一股不困难，确诊有赖于病原体检出。炭疽杆菌对青霉素、四环素、红霉素、环丙沙星等多种抗生素敏感，可用抗生素和对症治疗。美国报道有含青霉素酶菌株，将减低青霉素的疗效。易感人群应接种我国自行研制的炭疽减毒活疫苗，皮上划痕、一年一次，接种后3-15天产生免疫力，持续约一年。美、英采用PA吸附疫苗，需注射6针。控制人炭疽的关键是消灭动物炭疽和防止被生物武器攻击。对于前者，有效措施包括预防接种家畜、合理处理病畜和死畜、消毒处理污染的植被和水源、禁止使用病畜制成的产品（食品、骨粉、皮毛）、控制鞣革场的排污物等。

图６　炭疽病的传播途径

三、炭疽研究方兴未艾

    炭疽杆茵营养要求不高，易于大量培养，在有氧、25-30℃条件下易于形成芽孢，长期以来被某些国家作为致死性生物战剂加以研究和使用。1940年，日军“731”细菌部队已能每月生产炭疽杆菌500-600千克。1952年（抗美援朝时期），美国飞机在辽宁投掷带有炭疽杆菌的羽毛、杂物，曾使5人患吸入性炭疽和炭疽脑膜炎致死。据报道，1979年苏联Sverdlovsk曾发生吸人性炭疽，至少79人感染，68人死亡。此外，还有利用基因转换技术使炭疽杆菌获得新的毒性和抗药性以及将炭疽毒力基因转入枯草、蜡状、苏云金芽孢杆茵来产生炭疽毒素的报道，这样不仅增强了炭疽杆菌的致病性和抗药性，也给检查和诊断带来困难。WHO顾问组将炭疽杆菌列为可能生物战剂，美军将炭疽杆菌列为制式生物战剂。美、英、法和以色列都有专门的研究机构和人员长期从事炭疽杆菌的研究。
    百多年来对炭疽杆菌的研究持续不断：1876年Koch分离到炭疽菌，用它感染实验动物成功，奠定了炭疽细菌学基础和提出Koch假设，1881年巴斯德获炭疽人工减毒株，成功地用于家畜的预防接种，开创了活菌免疫接种预防感染病的先例；近20年来，对炭疽的研究在分子生物学方面取得突破性进展，包括炭疽杆菌三个毒力因子的确定及其质粒编码，炭疽毒素EF、PA、LF三个组分的基因核苷酸全系列测定、克隆表达和结晶，毒素合成的基因调控，分子生物学方法检测细菌和毒素，EF、LF的酶属性和底物的发现，炭疽杆菌（毒素）致病机制和毒素作用模式的探讨，PA重组疫苗的构建和PA用作外来蛋白进入细胞的转运系统等。炭疽专业国际会议分别于1989、1995、1998、2001年4次在英、美等国召开。
    2001年10月美国发生炭疽信函事件，至2001年12月5日己确诊炭疽病人22例，11例吸入性炭疽，11例皮肤型炭疽（7例确诊、4例可疑）。此事件反映生物武器对人类的威胁，严禁生产、使用生物武器和积极进行生物武器防御应引起全球的关注。

参 考 文 献

    1 耿贯一.1989.流行病学（下册）：第80章 炭疽.北京：人民卫生出版社
    2 蒋豫图，陈宁庆.1985.生物武器的医学防护：炭疽.上海.上诲科学技术出版杜
    3 王季午.1999.传染病学（第二版）：第29节 炭疽.北京：人民卫生出版社
    4 闻玉梅.1999.现代医学微生物学：第30章需氧芽孢杆菌属.上海：上海医科大学出版
    5 4 th International Conference on Anthrax,Program & Abstracts Book.Annnapolis,Maryland,USA,2001,10-13
    6 Pannifer A D et al.2001.Crystal structure of anthrax lethal factor.Nature,414 229-233
    7 Petosa C et al.1997.Crystal structure of anthrax toxin protective antigen.Nature,385 833-839

Terrorism-related Anthrax

Anthrax is an acute infectious disease,caused by Bacillus anthracis,a large,gram-positive,rod-shaped,spore-forming bacterium.Spores grow readily on ordinary laboratory media and in host.The presence of an antiphagocytic capsule and 2 toxins(edema toxin and lethal toxin)constructs the virulence of the bacteria,which are encoded by 2 plasmids DNA,Pox₁ and Pox₂.In humans,3 types of anthrax infection occur:cutaneous,inhalational and gastrointestinal.The inhalational anthrax is always fatal,regardless of treatment.Research on anthrax as a biological weapon began more than 80 years ago.The bacteria may have been selected due to its biological properties.The spore coat of keratin-like protein is impervious, so the anthrax spores are highly resist to killing and can survive and contaminate soil or water for years or even decades.