结核病的病因

放线菌目中的分枝杆菌科仅包含一个属——分枝杆菌。1975年，该属约有30个物种，到2000年，这一数字已接近100个。大多数分枝杆菌物种被归类为腐生微生物，广泛存在于环境中。

专性寄生虫群体虽然微不足道，但其实际意义重大，取决于导致人类和动物结核病的种类。有一种观点认为，对人类致病的分枝杆菌的前身是古老的土壤分枝杆菌。

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分枝杆菌的分类

所有分枝杆菌可分为对人类致病的分枝杆菌和机会性分枝杆菌。

在临床微生物学中，有几种方法用于对分枝杆菌进行分类：

• 通过生长速度和最适温度，形成色素的能力；
• 对于具有临床意义的复合体。

引起结核病的分枝杆菌属被归入结核分枝杆菌复合体，其中包括结核分枝杆菌、牛分枝杆菌、牛分枝杆菌BCG、非洲分枝杆菌、田鼠分枝杆菌和卡内蒂分枝杆菌。最近，与田鼠分枝杆菌和牛分枝杆菌在系统发育上相关的海豹分枝杆菌和萨拉分枝杆菌也被添加到该复合体中。

其余导致各种分枝杆菌病的分枝杆菌被归类为非结核分枝杆菌。以下复合体与该组不同：鸟分枝杆菌（M. avium），包括鸟分枝杆菌（M. avium）、胞内分枝杆菌（M. intracellulare）和瘰疬分枝杆菌（M. scrofulaceum）；偶发分枝杆菌（M.fortuitum），包括亚种偶发分枝杆菌（M. fortuitum）和龟分枝杆菌（M. chelonae）；以及土分枝杆菌（M. terrae），包括土分枝杆菌（M. terrae）、琐碎分枝杆菌（M. triviale）和不产色分枝杆菌（M. nonchromogenicum）。最重要的组别是麻风病病原体麻风分枝杆菌（M. leprae），以及溃疡病原体布鲁里溃疡分枝杆菌（M. ulcerans）。

该分类将具有相同临床意义的分枝杆菌种群统一起来，而无需进行更精细的区分。生物、生化和分子生物学方法用于鉴定菌群和菌群中的菌种。

非结核分枝杆菌的分类是1959年由Runyon根据培养差异制定的，根据该分类，将分枝杆菌分为4组。

I组——光致变色分枝杆菌

该组包括在黑暗中生长时不着色，但在光照后会呈现亮黄色或黄橙色的分枝杆菌。属于该组的潜在致病菌株包括亚洲分枝杆菌 (M. asiaticum)、堪萨斯分枝杆菌 (M. kansasii)、海洋分枝杆菌 (M. marinum) 和猿分枝杆菌 (M. simiae)。该组的分枝杆菌中，既有快速生长的（海洋分枝杆菌），也有缓慢生长的（亚洲分枝杆菌、堪萨斯分枝杆菌）。其最佳生长温度范围为：猿分枝杆菌25 ^° C、海洋分枝杆菌32-33 ^° C 和亚洲分枝杆菌37 ^{° C。}

在我国，临床上最显著的菌种是堪萨斯分枝杆菌 (M. kansasii)，它存在于水体中。堪萨斯分枝杆菌菌株 (M. luciflavum) 可导致人类患病。它在鸡蛋培养基中生长，菌落粗糙或光滑，最适温度为 37 ^° C。形态上，该菌长度适中。迄今为止，已描述了两种堪萨斯分枝杆菌变体：橙色和白色。当将堪萨斯分枝杆菌引入豚鼠体内时，会导致局部淋巴结浸润和致密化。

第二组 - 暗色分枝杆菌（源自希腊语 scotos - 黑暗）

该组包括在黑暗中产生色素的分枝杆菌。生长周期为30-60天。该组包括水分枝杆菌（M. aquae）（M. gordonae）和瘰疬分枝杆菌（M. scrofulaceum）。

瘰疬分枝杆菌被认为是一种潜在的致病菌种。该菌在鸡蛋培养基中生长，呈光滑或粗糙的橙色菌落。形态上，分枝杆菌呈杆状，短或长。生长温度为25-37 ^℃。在儿童中，它们会损害淋巴结和肺部。

水生分枝杆菌（M. aquae，M. gordonae）被归类为腐生暗色分枝杆菌。它们在25-37°C的蛋培养基中生长，菌落呈橙色。形态上，水生分枝杆菌呈杆状，长度适中（>5μm）。它们存在于水体中。

III组——不产光色的分枝杆菌

这一类分枝杆菌不产生色素，颜色呈淡黄色，在光照下不会加深。它们生长周期为2-3周或5-6周。包括：鸟分枝杆菌 (M. avium)、胞内分枝杆菌 (M. intracellulare)、蟾分枝杆菌 (M. xenopi)、土分枝杆菌 (M. terrae)、胃分枝杆菌 (M. gastri)、哈蒂分枝杆菌 (M. hattey) 和布鲁氏分枝杆菌 (M. bruiiense)。

鸟分枝杆菌（M. avium，禽分枝杆菌）在Lowenstein-Jensen培养基中生长，在37 ^° C和45 ^° C下呈有色或弱色菌落。形态上呈中等长度的杆状。它们可对人类以及多种实验室和家畜（例如猪）致病。它们存在于水和土壤中。

蟾蜍分枝杆菌（M. xenopi）分离自蟾蜍。幼菌最初生长为无色素菌落，之后出现黄色色素。形态上呈长丝状杆状。生长温度为40-45^摄氏度。对人类具有条件性致病性。

M. terrae 最初从萝卜中分离得到。它们在 Lowenstein-Jensen 培养基中生长，为无色素菌落。最适生长温度为 37 ^° C。形态学上，它们呈中等长度的杆状，为腐生菌。

第四组——快速生长的分枝杆菌

属于该组的分枝杆菌生长迅速（最长可达7-10天）。它们以有色或无色菌落的形式生长，通常以R型菌落形式存在。在25℃的温度下，其生长良好，可持续2-5天。^该组包括潜在致病的分枝杆菌M.fortuitum，以及腐生分枝杆菌，例如M. phlei、M. smegmatis等。M.fortuitum在2-4天时在蛋类培养基上以“玫瑰花结”的形式可见生长。形态上，分枝杆菌呈短杆状。在Lowenstein-Jensen培养基中，它们可以吸收孔雀石绿并变绿。它们在自然界中广泛分布。

事实证明，Runyon分类法对于识别最常见的分枝杆菌类型非常便捷。然而，随着新物种的发现以及越来越多中间形态的分枝杆菌的出现，将它们归入Runyon分类法的某个组变得越来越困难。

结核分枝杆菌是一种年轻的进化型。近年来，人们倾向于将其划分为不同的菌群或科。其中最重要的菌株是属于北京科的菌株，其特点是克隆行为和引发结核病微暴发的能力。

分枝杆菌的形态

分枝杆菌是细杆状细胞，具有耐酸性和耐酒精性（在生长阶段之一）的特征，需氧。革兰氏染色时，它们呈弱革兰氏阳性。分枝杆菌不能移动，不会形成孢子。没有分生孢子或荚膜。它们在高密度营养培养基中生长缓慢或非常缓慢：在适宜温度下，2-60天后会出现可见的菌落。菌落呈粉色、橙色或黄色，尤其是在光照下生长时。色素不扩散。菌落表面通常无光泽（S型）或粗糙（R型）。分枝杆菌通常以粘液或皱褶菌落的形式生长。在液体培养基中，分枝杆菌生长在表面。脆弱的干膜随着时间的推移而变厚，变得凹凸不平，并呈现淡黄色。培养基保持透明，在有洗涤剂的情况下可以实现弥散生长。在结核分枝杆菌的微菌落中（即在早期阶段），形成了类似索状的结构 - 这是与索状因素相关的特征。

当用石炭酸品红染色时，结核分枝杆菌呈现为细的、略微弯曲的覆盆子红色棒状物，含有数量不等的颗粒。

分枝杆菌的长度约为1-10 µm，宽度为0.2-0.7 µm。有时可发现弯曲或扭曲的变体。单个、成对或成群的微生物在制剂其他成分的蓝色背景下清晰可见。细菌细胞通常排列成罗马数字“V”的形状。

制剂中还可能发现病原体发生了球状耐酸形态的改变，如球形或菌丝状结构。在这种情况下，必须通过其他方法确认阳性结果。

分枝杆菌细胞壁的结构

与其他原核生物相比，分枝杆菌的细胞壁是最复杂的。

革兰氏阴性菌有两层膜，而分枝杆菌的细胞壁则由多层构成，其中一些层含有糖，其特征是成分相对恒定。外层的化学成分不断变化，主要由脂质组成，其中大部分是菌酸及其衍生物。通常，这些层在电子显微镜下不可见。细胞壁的主要框架是交联的肽聚糖层——电子致密层。阿拉伯半乳聚糖层重复肽聚糖层，形成细胞壁的多糖基质。它与肽聚糖层有连接点，并具有用于附着菌酸及其衍生物的结构。

菌酸以游离硫脂和索状因子的形式存在，其在细胞表面的存在与结核分枝杆菌以鞭毛形式形成菌落的特征性相关。菌酸在分枝杆菌的结构和生理学中的独特性和关键作用使其成为病因治疗的绝佳靶点。

糖脂层被称为“菌丝苷”，有时被比作微胶囊。菌丝苷的结构和功能类似于革兰氏阴性细菌外膜的脂多糖，但缺乏其侵袭性；尽管如此，它们仍然具有毒性，并且（与脐带因子和硫脂类一样）会导致肉芽肿的形成。

细胞膜和细胞壁各层都布满了通道或孔，其中我们可以区分出寿命较短的被动孔，用于控制物质的扩散，以及寿命较长的通道，用于能量依赖性的物质运输。

分枝杆菌细胞壁的另一种成分是脂阿拉伯甘露聚糖。它锚定在质膜上，穿透细胞壁并到达细胞表面。在这方面，它类似于革兰氏阳性菌的脂磷壁酸或革兰氏阴性菌的脂多糖O抗原。脂阿拉伯甘露聚糖的末端片段（主要是其甘露糖自由基）非特异性地抑制外周血中T淋巴细胞和白细胞的活化。这会导致针对分枝杆菌的免疫反应紊乱。

分枝杆菌的变异性和存在形式

细菌的持续存在具有特殊的致病意义。体外和体内实验室实验表明，杀菌药物异烟肼和吡嗪酰胺仅在繁殖期杀死分枝杆菌。如果分枝杆菌处于低代谢活动期（即细菌生长几乎完全停止，可称为“休眠期”），杀菌药物则对其不起作用。这种状态通常称为休眠期，微生物被称为持续存在菌。持续存在菌对化疗药物不敏感，即它们的行为类似于耐药微生物。事实上，它们可以保持对药物的敏感性。

化疗药物以及宿主免疫系统因素是促使分枝杆菌细胞转入休眠状态的强大刺激因素。持久菌能够在病灶中存活数月甚至数年。在持久菌存在期间，分枝杆菌可以转化为L型。在L型中，分枝杆菌的代谢活性极低，主要作用是增加细胞壁和细胞外基质的厚度，从而阻止物质的简单扩散。此外，分枝杆菌会积累遗传物质，这增加了在有利条件下重建正常功能细胞的可能性。通过标准微生物学方法检测L型较为困难。

如果休眠的分枝杆菌在化疗期间恢复代谢活性并开始增殖，它们会迅速死亡。化疗结束后，这些“复活”的分枝杆菌会继续增殖，导致疾病复发。这解释了为何需要长期化疗，以及随后进行短期预防性（通常是季节性）化学预防治疗。

分枝杆菌的生理学

在原核生物王国中，分枝杆菌是合成复杂有机化合物领域无可争议的领导者。它们可能拥有最灵活的代谢方式，为在外部环境和大生物体内生存提供了必要的多样性。迄今为止，已描述了100多种酶促反应，展现了分枝杆菌代谢的分支性和复杂性。为了合成最终化合物或提供必要的生理功能，分枝杆菌可以根据底物的可用性、化学环境以及呼吸循环所需成分（金属离子、氧分压、二氧化碳等）的供应情况，进行平行代谢途径。

分枝杆菌的生化特性

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脂质代谢

细胞壁脂质占细胞干重的60%，决定了分枝杆菌非标准的着色、生理和生态特性。

迄今为止描述的分枝杆菌特定脂质根据结构特征分为7个主要组：

1. 碳水化合物的脂肪酸衍生物（主要是海藻糖-索因子）：
2. 磷脂酰肌醇甘露糖苷：
3. 肽的脂肪酸衍生物；
4. N-酰基肽苷-mycosides C；
5. 脂肪酸酞硫醇酯；
6. 菌甙 A、B、G；
7. 甘油菌酸酯。

第 4 至 6 组脂质仅存在于分枝杆菌中。

在这些独特的物质中，值得注意的是结核硬脂酸和结核棕榈酸，它们是菌酸的前体。

菌酸是一类高分子脂肪酸，其链长可达84个碳原子，其主链结构由微生物的系统位置及其生长条件决定。其低反应性确保了分枝杆菌细胞壁具有较高的耐化学性。菌酸能够抑制细胞壁的酶促裂解和自由基反应。

脐带因子被归类为脂质组 1。它与分枝杆菌的高毒性和毒力有关。

表面活性脂质（或称硫脂）在分枝杆菌的细胞内适应中发挥着重要作用。它们与脐带因子一起形成细胞毒性膜亲性复合物。

脂阿拉伯甘露聚糖是高分子脂多糖的非均质混合物：阿拉伯糖和甘露糖的支链聚合物与棕榈酸和结核硬脂酸的二酰甘油衍生物。

支原体苷C是构成分枝杆菌外膜的肽糖脂，在电子显微镜下可观察到细胞周围的透明区域。支原体苷是物种特异性化合物。分枝杆菌的抗原特性取决于其类型。

分枝杆菌脂质化合物的定量和定性组成是动态的，取决于细胞的年龄、培养基的成分以及环境的物理化学特性。年轻的分枝杆菌细胞开始通过合成脂肪链相对较短的脂多糖来形成细胞壁。在这个阶段，它们非常脆弱，免疫系统很容易对其进行攻击。随着细胞壁的生长和高分子脂质的形成，分枝杆菌获得了抵抗力，并且在与免疫系统的相互作用中变得迟钝。

碳水化合物代谢

分枝杆菌最喜欢的碳源是甘油。

最重要的碳水化合物是阿拉伯糖、甘露糖和麦芽糖，它们占所有糖类的一半以上。此外，海藻糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、鼠李糖和其他一些糖类在细胞的生命活动中发挥着作用。在这种情况下，合成沿着水解酶和醛缩酶途径进行。丙酮酸途径用于合成糖原。阿拉伯糖和甘露糖参与重要结构化合物的形成。葡萄糖氧化的戊糖磷酸途径用于获取能量。能量由苹果酸、异柠檬酸和琥珀酸脱氢酶提供，这为呼吸系统提供了灵活性。

乙醛酸途径是分枝杆菌利用其独特的途径，将生长过程中积累的游离脂肪酸纳入三羧酸循环。该循环作为分枝杆菌持续性趋化作用的可能机制，已引起研究人员的关注。

氮和氨基酸代谢

分枝杆菌对硝酸盐、亚硝酸盐和羟胺的利用率可用于识别其菌种。分枝杆菌偏好以天冬酰胺作为氮源。氨基酸的合成是一个能量依赖性过程，由一组酶提供，这些酶允许利用其他氨基酸化合物，例如谷氨酸。

亚硝酸盐和硝酸还原酶活性

_{结核分枝杆菌可以通过沿着以NO 3} - 而非O ₂结尾的载体链转移电子来生成三磷酸腺苷 (ATP)。这些反应将NO ₃还原为NH ₃，其量足以满足氨基酸、嘌呤和嘧啶碱基合成的需要。这是通过硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的顺序作用实现的。

过氧化氢酶和过氧化物酶活性

过氧化氢酶可防止还原黄素蛋白有氧氧化过程中产生的过氧化氢的积累。酶活性取决于培养基的pH值和温度。在56°C下，过氧化氢酶不活跃。根据过氧化氢酶的热不稳定性，已进行过检测，以确定其属于分枝杆菌的致病复合体。

已知70%对异烟肼产生耐药性的结核分枝杆菌菌株丧失了过氧化氢酶和过氧化物酶的活性。

过氧化物酶和过氧化氢酶的活性由相同的酶复合物进行。

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维生素和辅酶

结核分枝杆菌含有B族维生素（核黄素、吡哆醇、氰钴胺素、硫胺素）、维生素C和K、对氨基苯甲酸、泛酸和烟酸、生物素和叶酸。

分枝杆菌的代谢、营养和呼吸

在正常、适宜的条件下，结核分枝杆菌是严格的需氧菌和中温菌，即它们在有氧的环境中生长，温度范围为30-42 ^oC，最佳温度为37 ^oC。在外部条件不利和/或缺氧的情况下，结核分枝杆菌表现为微需氧菌，甚至厌氧菌。在这种情况下，它们的代谢会发生显著变化。

_{在耗氧量和氧化酶系统发育方面，分枝杆菌与真正的真菌相似。维生素K 9}在分枝杆菌属的转移系统中充当NADH脱氢酶和细胞色素b之间的纽带。该细胞色素系统类似于线粒体系统。它对二硝基苯酚敏感，就像在高等生物中一样。

上述呼吸作用并非ATP形成的唯一来源。除O2末端外_{，分枝杆菌还可以利用以硝酸盐（NO3-}^）为末端的电子转移呼吸链。分枝杆菌呼吸系统的储备物质是乙醛酸循环。

缺氧（内源）呼吸发生在氧气浓度低于 1% 的大气中，叠氮化物可刺激缺氧呼吸，从而减少丙酮酸或海藻糖的氧化。

分枝杆菌的生长和繁殖

结核分枝杆菌繁殖极其缓慢：倍增周期为18-24小时（正常细菌每15分钟分裂一次）。因此，要获得可见的典型菌落生长，至少需要4-6周。分枝杆菌繁殖缓慢的原因之一被认为是其明显的疏水性，这使得营养物质的扩散变得复杂。更有可能的是，这是由基因决定的，并且与分枝杆菌更复杂的结构有关。例如，已知大多数细菌具有多个核糖体核糖核酸（rRNA）操纵子的拷贝。生长缓慢的分枝杆菌（结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌）只有一个操纵子拷贝，而快速生长的分枝杆菌（结核分枝杆菌）只有两个操纵子拷贝。

在液体培养基中培养时，分枝杆菌在其表面生长。随着时间的推移，脆弱的干膜会变厚，变得凹凸不平、起皱，并呈现淡黄色，常与象牙色相似。培养液保持透明，只有在添加去垢剂（例如吐温-80）的情况下才能实现弥散生长。在微菌落（即早期阶段）中，会形成类似束状的结构——这是结核分枝杆菌索状因子的特征。

分枝杆菌遗传学

分枝杆菌属的遗传多样性非常高。与许多腐生和非结核分枝杆菌不同，结核分枝杆菌不含染色体外内含物（例如质粒）。结核分枝杆菌所有特性的多样性均由其染色体决定。

结核分枝杆菌复合体的基因组极其保守，其代表菌种的DNA同源性为85%~100%，而其他分枝杆菌种群的DNA与结核分枝杆菌的同源性仅为4%~26%。

分枝杆菌属的代表物与其他原核生物相比，基因组较大——3.1-4.5x10 ⁹ Da。然而，致病菌种的基因组小于其他分枝杆菌（结核分枝杆菌的基因组为2.5x10 ⁹ Da）。人类结核病的经典病原体结核分枝杆菌比非洲分枝杆菌和牛分枝杆菌拥有更多的基因，而后两种分枝杆菌在进化过程中丢失了部分遗传物质。

1998年，结核分枝杆菌H37Rv菌株的染色体核苷酸序列被公布。其长度为4,411,529个碱基对。结核分枝杆菌的染色体呈环状结构。它含有约4,000个编码蛋白质的基因，以及60个编码功能性RNA成分：独特的核糖体RNA操纵子，10Sa RNA，参与蛋白质降解的非典型基质RNA，45个转运RNA（tRNA），以及90多种脂蛋白。

超过20%的基因组由细胞壁脂肪酸代谢基因组成，包括分枝酸和富含甘氨酸的酸性多肽（PE和PPE家族），它们分别由PGRS（多态性富含GC的重复序列）和MPTR（主要多态性串联重复序列）基因组的多态性区域（基因组染色体图谱的第五环和第四环）编码。这些基因组区域的变异性决定了抗原的差异以及抑制免疫反应的能力。结核分枝杆菌基因组广泛包含控制毒力因子的基因。

结核分枝杆菌能够合成代谢所需的所有成分：必需氨基酸、维生素、酶和辅因子。与其他类型的细菌相比，结核分枝杆菌的脂肪生成酶活性更高。两种基因编码血红蛋白样蛋白，这些蛋白可作为抗氧化保护剂或捕获过量细胞氧气。这些特性有助于结核分枝杆菌快速适应环境条件的突然变化。

结核分枝杆菌复合体基因组的一个显著特征是大量重复的DNA序列。因此，结核分枝杆菌H37Rv的染色体包含多达56个IS元件（插入序列），这些元件提供了结核分枝杆菌的DNA多态性。除IS6110元件外，大多数IS元件保持不变。不同结核分枝杆菌菌株的染色体通常包含5至20个IS6110元件，但有些菌株不含该元件。除了IS元件外，基因组还包含几种类型的短核苷酸重复序列（PGRS和MPTR），以及位于DR区并由可变序列（间隔区，染色体图谱上的第六个环）分隔的直接重复序列DR（Direct Repeat）。在分子流行病学中，这些遗传元件的拷贝数和染色体定位差异被用于区分结核分枝杆菌菌株。最先进的分枝杆菌基因分型方案基于检测由IS6110元件以及DR及其间隔区引起的基因组多态性。结核分枝杆菌种属的分化通常源于位于不同基因侧翼的IS6110元件拷贝之间的重组。

在H37Rv基因组中发现了两种原噬菌体，phiRv1和phiRv2。与Dral多态性位点一样，它们可能与致病因子相关，因为这些基因组区域与结核分枝杆菌H37Ra和B. bom BCG无毒菌株的类似区域不同。基因组中负责增加突变率和结核分枝杆菌在压力条件下适应性的区域（mutT和ogt基因）已被鉴定。结核分枝杆菌休眠触发基因的发现改变了潜伏性结核感染的概念。

研究编码过氧化氢酶、过氧化物酶和DNA旋转酶A亚基的基因多态性。结核分枝杆菌复合体被鉴定为三个基因型组。从进化的角度来看，最古老的是I组：非洲分枝杆菌、牛分枝杆菌、结核分枝杆菌和田鼠分枝杆菌。II组和III组包含不同的结核分枝杆菌菌株，这些菌株已在某些地理区域广泛传播。克隆行为是I组和II组的特征，而III组菌株极少引起群体性疾病。以哈勒姆、非洲和菲律宾命名的结核分枝杆菌遗传家族广泛分布于世界不同地区。

北京家族病毒占据着特殊的地位，最早于1956年至1990年在北京郊区患者的肺组织标本中发现。迄今为止，该家族的菌株已在亚洲国家、南非、加勒比地区和美国发现。该基因型在不同地区的传播取决于当地原住民和移民的种族特征。近期，已获得SI/北京基因型菌株在俄罗斯欧洲部分西北部（圣彼得堡）和西伯利亚地区传播的数据。

分枝杆菌耐药性

在进化过程中，结核分枝杆菌进化出了各种机制来克服或抑制不利的环境因素。首先，它们拥有强大的细胞壁。其次，它们拥有强大的代谢能力。它们能够灭活许多细胞毒素和破坏细胞膜的物质（各种过氧化物、醛类等）。第三，它们拥有形态可塑性，这体现在分枝杆菌的转化（休眠细胞L型的形成）中。就其稳定性而言，它们在原核生物界中仅次于产芽孢细菌，占据着领先地位。

病原体在干燥状态下可存活长达3年。加热后，结核分枝杆菌可承受远高于80摄氏度的温度。如今，人们认为，痰液中发现的结核分枝杆菌在明火煮沸5分钟后仍能存活。

结核分枝杆菌对有机酸、无机酸、碱、多种氧化剂以及多种对其他致病微生物有害的抗菌剂和脱水剂均具有抵抗力。此外，结核分枝杆菌对酒精和丙酮也具有抵抗力。

值得注意的是，季铵盐类产品不具有抗结核活性。在某些条件下，高达0.5%的氯和氧自由基浓度也不会对结核分枝杆菌产生有害影响。这意味着此类产品无法用于对痰液和其他受感染的生物材料进行灭菌。

结核分枝杆菌对散射阳光不敏感，可以在外部环境中存活一年以上而不会丧失活力。短波紫外线对所有微生物均具有普遍的杀菌作用。然而，在实际条件下，当结核分枝杆菌以细胞团块的形式悬浮在尘埃颗粒中时，其对紫外线的抵抗力会增强。

结核分枝杆菌的高存活率导致这种感染在人群中传播极其广泛，不受气候条件的限制。然而，这并非导致该问题全球化的唯一因素——结核分枝杆菌可以在人体内长期存活，并可无限次地重新激活。

结核分枝杆菌定位于巨噬细胞内，考虑到单核吞噬细胞的“寿命”和分枝杆菌复制的持续时间，以及与体液免疫效应器的隔离，提供了足够的底物稳定性。同时，病原体会选择一个大多数微生物无法接受的生物位点，因为其存在潜在的危险性。这种共生关系是由分枝杆菌的多种适应性机制所实现的。

巨噬细胞损伤和寄生的过程如下：分枝杆菌未经活化而侵入巨噬细胞；抑制吞噬溶酶体的形成或使其转变为细菌适宜生存的区域；突破吞噬体进入细胞质，同时抗菌因子失活；干扰细胞的生命活动；降低巨噬细胞对T淋巴细胞活化信号的敏感性；降低巨噬细胞的抗原呈递功能，并相应减弱用于破坏感染细胞的细胞毒性T淋巴细胞的反应。

当然，细胞壁的特性以及代谢和功能能力在确保这一点方面发挥着重要作用。在首次接触分枝杆菌时，大型生物体的免疫系统无法激活体液免疫，无法迅速中和并从体内清除该细胞，因为分枝杆菌壁的移动脂肪链无法评估病原体的表面结构，也无法传递合成所需抗体所需的相关信息。

分枝杆菌的高疏水性确保了其与巨噬细胞的非特异性（即受体非依赖性）接触。巨噬细胞通过在分枝杆菌细胞周围形成吞噬体，将其置于自身内部。表面的菌苷和脂阿拉伯甘露聚糖复合物可以被受体识别，但通过它们触发的信号不会激活巨噬细胞或激活作用较弱。因此，吞噬作用不会伴随氧和氮自由基形式的释放。人们认为，这在结核分枝杆菌的毒性菌株中更为常见，由于脂阿拉伯甘露聚糖的结构特征，这些菌株会启动“非侵袭性”吞噬作用。其他巨噬细胞受体，特别是CD 14和补体成分C3受体（CR1-CR3），也参与了结核分枝杆菌的识别。

分枝杆菌进入巨噬细胞内部后，通过多种机制阻止吞噬溶酶体的形成：产生铵，使吞噬体内部环境碱化；合成硫脂，导致吞噬体表面形成负电荷，从而阻止吞噬体与溶酶体的融合。

如果形成吞噬溶酶体，分枝杆菌凭借其强大的蜡质外壳，能够抑制吞噬细胞杀菌物质引起的自由基反应。铵使环境碱化，抑制溶酶体酶的活性，而硫脂类则中和膜亲阳离子蛋白。此外，结核分枝杆菌会产生具有过氧化氢酶和过氧化物酶活性的高活性酶，这些酶与巨噬细胞的过氧化物酶系统竞争，同时使溶酶体氢过氧化物失活。所有这些都增强了分枝杆菌对氧化应激的抵抗力。

对分枝杆菌的进一步改造包括利用巨噬细胞的含铁化合物作为其酶系统，并阻断巨噬细胞的免疫特异性功能。巨噬细胞是铁的主要储存器之一，过量的铁会以铁蛋白的形式积聚。肺泡巨噬细胞中的铁含量比血液单核细胞高100倍，这无疑有助于结核分枝杆菌在其体内定植。

分枝杆菌通过内毒素和非特异性因子对巨噬细胞产生毒性作用。它们主要影响巨噬细胞的呼吸系统——线粒体。内毒素包括抑制线粒体呼吸的菌丝阿拉伯糖脂。非特异性毒素包括分枝杆菌细胞脂质部分合成的产物——苯硫醚和苯硫醚酸，它们会导致氧化磷酸化的解偶联。在这些条件下，代谢过程的增加并不伴随正常的ATP合成。宿主细胞开始经历能量匮乏，导致其生命活动受到抑制，进而导致细胞溶解和凋亡。

某些致病因子可能仅在受感染细胞内形成，就像其他喜欢在细胞内生存的细菌一样。例如，寄生在巨噬细胞内的沙门氏菌就表达了30多个基因。尽管结核分枝杆菌的基因组描述完整，但30%的密码子与性质未知的蛋白质相关。

分枝杆菌的耐药性

从临床角度来看，微生物的药物敏感性决定了该分离菌株所致疾病是否可以使用相应药物的标准化疗方案进行治疗。耐药性“预示着所测试药物的治疗失败”。换句话说，即使使用标准化疗方案，即使全身药物浓度在正常情况下通常有效，也无法抑制“耐药微生物”的增殖。

在微生物学中，药物敏感性或耐药性的定义基于群体方法，这意味着一组微生物细胞（异质性集合）具有不同的耐药性。耐药性是通过定量特征来评估的，例如“最低抑菌浓度”（MIC）。例如，在MIC-90下，90%的微生物会死亡（抑菌浓度）。因此，耐药性应理解为微生物群体中某一部分的耐药程度，在大多数情况下，这预先决定了治疗的失败。普遍认为，患者整个微生物群体中10%的耐药菌株可产生致病作用。在结核杆菌学中，对于一线抗结核药物，这一比例为1%。（或20个菌落形成单位-CFU）。这样一部分微生物群体能够在一个月内取代原来的群体并形成病变。对于二线抗结核药物，耐药标准是微生物数量增加10%。

微生物耐药性的形成与抗生素存在的选择有关，也与部分具有针对抗生素保护机制的微生物群体优先存活有关。每个群体都包含少量突变细胞（通常为10 ⁶ -10 ^{9 个}），这些细胞对特定药物具有耐药性。在化疗过程中，敏感的微生物细胞死亡，而耐药的细胞则不断繁殖。结果，敏感细胞被耐药细胞取代。

分枝杆菌最初对许多广谱抗菌药物具有较高的天然耐药性，但不同种属对这种药物的敏感性范围和程度不同。

真正的天然抗性被理解为微生物的永久性物种特异性特征，与抗生素作用目标的缺失或由于细胞壁最初的低渗透性、物质的酶失活或其他机制而导致的靶标无法接近有关。

获得性耐药是指单个菌株在抗生素浓度抑制主要微生物种群生长的情况下仍能存活的能力。所有情况下，耐药性的获得都是由基因决定的：新的遗传信息的出现或自身基因表达水平的改变。

目前已发现结核分枝杆菌多种耐药分子机制：

• 抗生素失活（酶失活），例如通过β-内酰胺酶；
• 作用目标的修改（由于基因组相应区域的突变导致蛋白质的空间结构发生变化）：
• 靶标的过度生产，导致药剂-靶标比例发生变化并释放部分细菌生命支持蛋白质；
• 由于应激防御机制的激活，药物从微生物细胞中主动清除（外排）：
• 微生物细胞外部结构的通透性参数发生变化，阻碍抗生素渗透到细胞内的能力；
• 纳入“代谢分流”（旁路代谢途径）。

除了直接影响微生物细胞代谢之外，许多抗菌药物（青霉素、链霉素、利福平）和其他不利因素（免疫系统杀生物剂）会导致分枝杆菌出现变异形式（原生质体、L型），并使细胞进入休眠状态：细胞代谢强度降低，细菌对抗生素的作用变得不敏感。

所有机制都会形成不同程度的耐药性，对不同浓度的化疗药物产生耐药性，因此细菌耐药性的出现并不总是伴随抗生素临床疗效的降低。了解耐药程度对于评估治疗效果和预后至关重要。

目前，每种一线抗结核药物以及大多数储备药物都至少有一个基因已被发现。这些基因中的特定突变会导致分枝杆菌产生耐药变异株。在广泛分布的分枝杆菌耐药性中，体内高突变率（高于体外）至关重要。

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分枝杆菌的耐药类型

耐药性分为原发性耐药性和获得性耐药性。原发性耐药的微生物包括从未接受过特异性治疗或用药时间不超过一个月的患者中分离出的菌株。如果无法明确患者是否使用过抗结核药物，则使用“初始耐药”一词。

原发性耐药性具有重要的临床和流行病学意义。因此，为了正确评估原发性耐药性，在对诊断材料进行微生物学检测之前，不应给予新诊断的结核病患者化疗。原发性耐药性发生率的计算方法是，新诊断的原发性耐药患者数量与当年接受药物敏感性检测的所有新诊断患者数量的比率。如果在患者接受一个月或更长时间的抗结核治疗期间分离出耐药菌株，则认为该耐药性为获得性耐药。原发性耐药性发生率可以反映结核病病原体群体的流行病学状况。

新诊断患者获得性耐药是由于治疗不成功（药物选择不正确、不遵守治疗方案、减少药物剂量、供应不一致和药物质量差）造成的。这些因素导致药物在血液中的系统性浓度和疗效降低，同时“触发”了分枝杆菌细胞的防御机制。

出于流行病学研究的目的，需要计算既往治疗病例的发生率。为此，需要将化疗失败或复发后再次接受治疗的患者纳入考量。计算方法为：在登记时，该组患者中耐药结核分枝杆菌培养物的数量与当年所有耐药菌株数量的比率。

结核分枝杆菌的耐药结构有以下特点：

单药耐药——对一种抗结核药物耐药，但对其他药物保持敏感性。使用综合疗法时，单药耐药的情况很少见，通常对链霉素耐药（在新诊断患者中占10-15%）。

多重耐药性是指对两种或两种以上药物有耐药性。

多重耐药是指同时对异烟肼和利福平产生耐药（无论是否存在对其他药物的耐药性）。它通常伴有对链霉素等药物的耐药性。目前，结核病病原体的多重耐药性已成为一种流行病学危险现象。计算表明，如果在超过6.6%的病例（在新诊断患者中）中检测到耐多药病原体，则需要调整国家结核病防治规划的策略。根据耐药性监测数据，新诊断患者的耐多药性发生率为4%至15%，复发患者为45%至55%，而治疗失败的患者高达80%。

超级耐药是指多重耐药，同时耐药氟喹诺酮类药物和一种注射药物（卡那霉素、阿米卡星、卷曲霉素）。超级耐药菌株引起的结核病直接威胁患者的生命，因为其他二线抗结核药物的抗菌效果并不明显。自2006年以来，一些国家已组织开展超级耐药分枝杆菌菌株传播监测。在国外，这种多重耐药变异株通常被称为广泛耐药（XDR）。

交叉耐药是指对一种药物的耐药性导致对其他药物的耐药性。结核分枝杆菌中，与耐药性相关的突变通常不相互关联。交叉耐药性的产生是由于某些抗结核药物的化学结构相似。交叉耐药性尤其常见于同一类药物中，例如氨基糖苷类药物。为了预测交叉耐药性，需要结合分枝杆菌培养物的基因研究和耐药性的微生物学研究。

非结核分枝杆菌

非结核分枝杆菌极少在人与人之间传播。从患者样本中分离出某些分枝杆菌的频率与从环境物质中分离出的频率相当。感染源可以是家畜、鸟类以及未经加工的产品。分枝杆菌存在于牛屠宰后材料和牛奶中。

根据细菌学实验室的数据，2004-2005年新诊断患者中非结核分枝杆菌的患病率为0.5-6.2%。由于用于处理诊断样本的方法并非针对非结核分枝杆菌的最佳方法，因此实际患病率可能略高。如果不遵循采集规则，或由于样本本身的特性（例如，男性患者的尿液中可分离出结核分枝杆菌），诊断样本中可能存在腐生分枝杆菌。

在这方面，反复确认从患者材料中检测到的分枝杆菌类型非常重要。

分枝杆菌感染皮肤、软组织，也可引起肺分枝杆菌病，这种疾病在免疫缺陷人群中尤为常见。分枝杆菌肺部定位，在有慢性肺部疾病（包括真菌病变）病史的老年男性中更常见。

在所有分枝杆菌中，鸟型胞内分枝杆菌复合体是人类肺分枝杆菌病最常见的病原体。该复合体可引起肺部、外周淋巴结和播散性病变。在欧洲北部地区，约60%的肺分枝杆菌病病例都与此有关。该病以纤维海绵状病变和浸润性病变为主，由于对抗结核药物的耐药性较高，病程呈慢性。

堪萨斯分枝杆菌（M. kansasii）是类似结核病的慢性肺部疾病的病原体。由于堪萨斯分枝杆菌对抗菌药物更敏感，因此化疗更有效。蟾分枝杆菌（M. xenopi）和马尔默分枝杆菌（M. malmoense）主要导致慢性肺部疾病。它们会污染冷热水供应系统。马尔默分枝杆菌的栖息地尚未完全确定。蟾分枝杆菌对抗结核病疗法表现出相当好的敏感性。马尔默分枝杆菌在体外对抗生素表现出相当高的敏感性，但保守治疗通常无效，甚至致命。偶发分枝杆菌（M. fortuitum）和龟分枝杆菌（M. chelonae）被认为是骨和软组织疾病的病原体，因为它们在创伤、手术和穿透性损伤期间会直接污染伤口。它们导致了高达10%的肺分枝杆菌病。它是一种慢性破坏性的双侧病变，通常致命。抗结核药物和广谱抗生素对这些类型的分枝杆菌无效或作用甚微。

在南方地区，由麻风分枝杆菌和溃疡分枝杆菌引起的皮肤和软组织分枝杆菌病广泛存在。非结核分枝杆菌的鉴定工作由国家领先的结核病防治机构的实验室进行。这对实验室的资质和设备提出了很高的要求。