1933 年 lancefield5根据链球菌表面的多糖抗原差异将链球菌分为 18~20 个族(组或群),该方法仍沿用至今。其中对人体致病的以 A 族为主,还有 B、C、D、F、G 族等,其溶血活性对比见图 1。
化脓性链球菌即为 A 族,结合溶血特征又常称为 A 族 β-溶血性链球菌,本文采用国内外文献中普遍采用的“A 族链球菌”名称。
临床常见的其他链球菌还有 B 族链球菌(groupbstreptococcus,GBS),即无乳链球菌,多为 β-溶血;肺炎链球菌则表现为 α-溶血。
图 1 链球菌溶血活性对比
A 群、B 群、G 群和 F 群链球菌溶血活性的比较。B 群链球菌表现为无色小菌落,可引起 β 溶血。
病原学
形态学
GAS 呈链状生长的兼性厌氧革兰阳性球菌,无鞭毛,不形成芽孢,有发丝样 M 蛋白,外包裹脂磷壁酸的菌毛结构。能发酵简单的糖类,产酸不产气,不被胆汁溶解。普通琼脂平板及肉汤培养基中生长不好,需在培养基中加入血液或组织液方能生长。10% CO2可促进链球菌生长及溶血作用。在血琼脂平板上形成圆形隆起、表面光滑、灰白色半透明或不透明的细小菌落,多数菌株菌落周围有β溶血现象。在血清肉汤培养基中生长时易形成长链状,管底呈絮状沉淀。
耐受性
最适生长温度为37℃,多数链球菌不耐热,60℃ 30分钟可被杀死。对一般消毒剂敏感。在干燥的尘埃中可生存数月。 GAS 对青霉素、红霉素、氯霉素、四环素和磺胺药极敏感,极少有耐药株发现。
致病性
GAS 的致病性与其产生的多种毒力因子有关,这些毒力因子通过促进细菌与宿主细胞的黏附,侵入深层组织、导致疾病的发生。目前已发现的毒力因子可分为菌体成分和分泌成分两类。
表面蛋白主要为 M 蛋白,是最重要的菌体蛋白成分,也是 GAS 最主要的毒力因子之一和血清分型依据,是由 mga 调节子内的 emm 基因编码。emm 基因分型是目前全世界公认的 GAS 分子分型方法,是基于编码 M 蛋白的 emm 基因多态性进行的序列分析。M 蛋白的一些特定区域也可能作为共同抗原,与人体某些抗原成分发生交叉反应,引起自身免疫性疾病,如风湿热等6。
分泌成分是指 GAS 产生的多种分泌性毒力因子,如链球菌溶血素、透明质酸酶、链激酶、链球菌致热外毒素、蛋白酶、酯酶等,多与此菌破坏宿主细胞、干扰免疫系统有关。超抗原是 GAS 研究中最受关注的一类毒力因子,分子质量相对较低,分泌后裂解释放成熟毒素,是已知最强有力的 T 细胞激活剂之一,在链球菌感染致病过程中发挥重要作用,可促进链球菌的定植、增殖和传播。链球菌超抗原与一系列 GAS 疾病有关,包括侵袭性感染(如坏死性筋膜炎)、链球菌中毒性休克综合征(streptococcaltoxic-shock syndrome,STSS)、川崎病、银屑病和急性风湿热(acute rheumatic fever,ARF)等8。
链球菌溶血素
化脓性链球菌分泌两种著名的溶血素,即链球菌溶血素 O 和链球菌溶血素 S,它们对各种细胞类型都有影响。
链球菌溶血素 O 是一种能穿孔、依赖胆固醇、氧不稳定、巯基活化的细胞毒素9。多种病原菌也产生类似的溶血素,SLO 的结构与这些其他依赖胆固醇的溶血素相似,但也存在一些差异10。
链球菌溶血素 S 是由化脓性链球菌产生的第二种溶血素,属于一类称为硫唑/噁唑修饰微菌素的蛋白质家族,这些蛋白质由许多表现出溶血外毒素活性的病原体产生11。链球菌溶血素 S 在多种方式中促进了化脓性链球菌的病理发生,包括细胞毒性、激活炎症反应和抑制吞噬作用12。
链球菌补体抑制剂(Streptococcal inhibitor of complement,SIC)是一种 31 kDa 的蛋白质,在化脓性链球菌的 M1 菌株中发现27-28。该蛋白通过抑制膜攻击复合物的形成和功能,抑制补体介导的裂解27,29-30,以及抑制其他免疫应答抗细菌蛋白的活性,包括溶菌酶、LL-37、防御素28,31、趋化因子 MIG/CXCL9 32,以及一些细菌抗菌产物33。此外,SIC 通过改变对链球菌的有效接触、内化和杀灭至关重要的细胞过程,有助于粘附、定植和细菌生存34-35。除了 SIC 外,还报告了一些密切相关的变体;在 M57 分离株中报告了与 SIC 密切相关的 CRS 变体36,emM12 和 emm55 中的远缘相关 SIC(DRS)变体也报告过37。DRS 也被报道在停乳链球菌马亚种中具有类似功能38。
CAMP 因子
CAMP 因子是由 cfa 基因编码的化脓性链球菌的一种蛋白质,最初是在 M1 菌株基因组测序期间被发现的39,并被确认为是一种活性 CAMP 因子40。CAMP 因子至少部分受 CodY 的控制,在血液中生长时其表达在 CodY 突变体中减少41。碳代谢抑制蛋白 CcpA 也对 cfa 调控产生调节作用,在静止期表达增加42。另一个与营养有关的调控蛋白 CvfA 也可以影响 cfa 的表达43。
超氧化物歧化酶
化脓性链球菌产生一种金属蛋白-超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SodA),其功能是将超氧阴离子转化为氧和过氧化氢;过氧化氢随后可以被过氧化酶清除。SodA 已经在链球菌的细胞表面和培养上清液中发现44。由于化脓性链球菌不产生过氧化氢酶,因此 SodA 在清除寄主白细胞对这些病原菌产生的氧化爆发中起着至关重要的作用。最近已经发现这些细菌还产生一种谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GpoA),增强了该生物在吞噬过程中应对氧化应激的能力45。
免疫球蛋白结合蛋白
化脓性链球菌编码了许多与细胞表面相关的免疫球蛋白结合蛋白,包括 M 蛋白、M 相关蛋白和 M 样蛋白。这些蛋白结合了免疫球蛋白分子的 Fc 部分:M 和 M 样蛋白结合 Fc 区域免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)A,而 M 相关蛋白结合 IgG 的 Fc 部分15,46-47。这些表面结合分子的作用尚不清楚,但它们很可能在免疫系统逃逸中发挥作用。
已报道一种高度保守的分泌型免疫球蛋白结合蛋白 SibA,存在于多种不同血清型的 A 组链球菌菌株中48。SibA 产物是一个 45 kDa 的蛋白质,可以结合 IgA、IgG 和 IgM 的 Fc 和 Fab 区域15,48。在序列上,它与 M 蛋白缺乏同源性,尽管在结构上它具有 N-末端 α-螺旋二级结构,这种结构被认为与 M 蛋白通过 Ig 结合有关48。
GAS 对 14~16 元环大环内酯类、林可酰胺类及链霉素 b 类抗菌药物耐药机制主要包括由 mefa 编码的主动外排泵和由 ermb 或 erma 亚型 ermtr 编码的红霉素核糖体甲基化酶靶点修饰两种机制,分别表达 m、cmlsb 和 imlsb 耐药表型52。此外,由 lsae-lnub 基因岛介导的 GAS 菌株表达对林可酰胺耐药、大环内酯敏感的 L 耐药表型53。GAS 相关的四环素耐药性是由核糖体保护基因(如 tetm 或 teto)和外排泵基因(tetk)产生的54。且四环素和大环内酯类耐药基因常共存于同一 GAS 菌株中,teto 常与 mefa 共存55,tetm 常与 ermb 共存56。
GAS 对氯霉素、喹诺酮类抗菌药物、磺胺甲唑-甲氧苄啶和对万古霉素耐药机制各不相同,耐药问题相对较少见57-59。
GAS 对 β-内酰胺类抗菌药物始终保持高度敏感性60-62。但近年来,多位学者先后发现了与青霉素结合蛋白 2x 基因突变相关的对 β-内酰胺类抗菌药物体外敏感性降低的 GAS 菌株63-65。GAS 对 β-内酰胺类抗菌药物敏感性降低问题不容小觑66。
A 族链球菌感染所致疾病
疾病分类
根据感染范围可分为
非侵袭性感染如咽部感染(包括咽扁桃体炎)、皮肤感染(脓疱疮)等。
侵袭性感染指 GAS 突破宿主皮肤和黏膜屏障,进入到正常无菌组织、器官或体液而引发的局部或全身性感染67。侵袭性感染包括肺炎、菌血症、心内膜炎、骨髓炎、关节炎、脑膜炎、坏死性筋膜炎及链球菌中毒性休克综合征等68。
根据根植部位不同分为
咽喉株
咽喉株可引起咽炎,其后可继发风湿热和链球菌感染后肾小球肾炎。
皮肤株
皮肤株可引起脓疱病,继发链球菌感染后肾小球肾炎。
定植于皮肤的链球菌亦可移生于咽部,但通常引起皮肤感染的链球菌株并不引发风湿热。
根据是否为化脓性疾病分为
化脓性疾病
包括咽旁或咽后的蜂窝组织炎和或脓肿、颈淋巴结炎、乳突炎、鼻窦炎和中耳炎。
非化脓性疾病
包括猩红热、急性风湿热和链球菌感染后肾小球肾炎69-72。
致病谱
GAS 致病谱广,从无症状携带者、浅表部位感染(如急性咽/扁桃体炎、脓疱疮、丹毒、阴道炎、产后感染等)、深部感染[如蜂窝组织炎、急性坏死性筋膜炎、急性肌炎、菌血症、败血症、心包炎、脑膜炎、肺炎、化脓性关节炎、骨髓炎等],到毒素介导性疾病[如猩红热、链球菌感染中毒性休克、急性感染性暴发性紫癜等]、感染后免疫性疾病[如风湿热、急性链球菌感染后肾小球肾炎、链球菌感染相关的儿童自身免疫性神经精神疾病等338-341。
指由 A 族链球菌感染所致的肺炎。GAS穿透浅表组织的屏障入侵肺组织细胞,直接导致肺组织细胞损伤。此外,GAS能够产生作为超级抗原的外毒素,最具特征的是链球菌热原性外毒素A。这些外毒素不需要经过抗原提呈细胞的处理直接刺激T淋巴细胞,导致T淋巴细胞过度活化并释放大量细胞因子,过度的免疫炎症反应加重肺组织损伤77。
猩红热是 GAS 感染所致的急性呼吸道感染病。临床特征为发热、咽峡炎、全身弥漫性鲜红色皮疹及退疹后明显的脱屑。
链球菌感染中毒性休克综合征
链球菌感染中毒性休克综合征(strep tococcaltoxic shock syndrome,STSS)是由 GAS 侵袭性感染引起的中毒性休克综合征,目前认为主要是链球菌感染性超抗原及链球菌性外毒素 A 激发机体释放一系列炎症介质如细菌肠毒素导致的全身炎症反应78。约1/3 的侵袭性 GAS 患者并发 STSS。
链球菌感染相关的儿童自身免疫性神经精神疾病(pediatricautoimmune neuropsychiatric disorders associated with streptococcal infections,PANDAS)是 GAS 感染后突然出现抽动障碍和(或)强迫症状的一组症候群,被认为是图雷特综合征的一个独特的亚型。发病机制尚不明确,近年来一些学者提出最多的理论机制是链球菌感染后自身免疫,链球菌感染后及随后产生的抗链球菌抗体可通过基底神经节表位的“分子模拟”激活易感宿主中的自身免疫反应。
流行病学
传染源
人类是 GAS 的唯一天然宿主,通常以携带者状态存在于人类的肛门、阴道、咽部或皮肤,不引起疾病84。GAS 感染的患者、隐性感染者、恢复期带菌者是 GAS 感染的传染源。
传播途径
主要通过呼吸道飞沫、皮肤黏膜接触或破损的皮肤传播85-87,此外,GAS 也可通过污染的食物传播87。卫生条件差、居住拥挤等均有利于 GAS 传播。
易感人群
人群对 GAS 普遍易感,GAS感染的高危人群包括既往有基础疾病和/或合并感染者,例如流感、营养不良、糖尿病、获得性免疫缺陷综合征者87-88、5-15 岁儿童89-90和老年人88,91,孕产妇也是患GAS疾病的高危群体92-94。
2005 年世界卫生组织(world health organization,WHO)评估报告全球有严重 GAS 感染 1800 万,每年新增 1.1 亿脓疱疮、6.1 亿 GAS 急性咽/扁桃体炎、178 万严重感染病例和 51.7 万死亡病例,目前世界上发达国家 GAS 感染发病率已显著下降,低收入和贫穷国家疾病负担仍较高120。研究显示男性 GAS 感染的风险更高93-94,121。
诊断要点:1、病原学检查:①GAS 分离培养:GAS 细菌培养是确诊 GAS 咽炎的金标准,常用革兰阳性菌培养基(如哥伦比亚血琼脂)。②GAS 抗原检测:直接从咽拭子中检测 GAS 族特异性抗原,是最常用的 GAS 快速诊断方法。③GAS 抗体检测:血清学检测不用于 GAS 急性感染诊断。④GAS 核酸检测:敏感性和特异性都超过 GAS 抗原检测。2、不同疾病的诊断:GAS 致病谱广,包括 ①无症
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参考文献
文献评审日期:2025-04-21
1. BessenD, SmeestersPR, BeallBW.Molecular epidemiology,ecology,and evolution of group A streptococci[J].Microbiol Spectr,2018,6(5):177-203.DOI:10.1128/microbiolspec.CPP3-0009-2018.