伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）

物种名：伯氏疏螺旋体

拉丁学名：Borrelia burgdorferi

分类学地位：细菌界Bacteria；螺旋体门Spirochaetes

螺旋体纲Spirochaetia；螺旋体目Spirochaetales；

伯氏螺旋体科Borreliae；伯氏螺旋体属Borrelia

伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi，B. burgdorferi）是伯氏螺旋体属的代表菌种，主要通过被感染的蜱虫叮咬传播给人类。该菌是引起莱姆病（Lyme disease）的病原菌，莱姆病是一种常见的传染性疾病，主要症状包括皮疹、关节痛、发热等，严重时可引发神经系统和心血管系统的并发症。B. burgdorferi的传播范围广泛，尤其在北美和欧洲地区，已成为公共卫生领域的重要关注对象。

1.1生物学特性

1.1.1生活史

伯氏疏螺旋体的生活史是典型的“蜱-脊椎动物”循环，依赖Ixodes属蜱虫作为传播媒介和多种哺乳动物宿主（如啮齿类、鸟类）完成繁殖与传播^{[2, 6]}。其生活史可细分为以下阶段：

蜱虫体内发育：未感染的蜱幼虫在夏季叮咬受感染的宿主（如白足鼠）后，螺旋体进入蜱中肠并定植。在蜱虫越冬及蜕皮为若虫的过程中，伯氏疏螺旋体通过表达外表面蛋白A（OspA）黏附于蜱中肠上皮细胞的TROSPA受体，维持定植^{[2, 7]}。当若虫次年春季叮咬新宿主时，蜱虫体温升高和营养摄入触发螺旋体基因表达变化：OspA表达下调，OspC表达上调，促进螺旋体从肠腔迁移至血腔，最终进入唾液腺并通过唾液传播至宿主^{[2, 4]}。

哺乳动物宿主感染：螺旋体进入宿主皮肤后，借助鞭毛运动穿透表皮和真皮层，引发局部感染（如游走性红斑）。随后通过血液或淋巴系统播散至全身，定植于关节、心脏、神经系统等部位。在宿主体内，伯氏疏螺旋体通过调控脂蛋白（如VlsE）的抗原变异逃避免疫清除，实现长期存活^{[1, 7]}。

1.1.2形态学特征

伯氏疏螺旋体为革兰氏阴性螺旋体，具有以下独特形态特征：

整体形态：呈螺旋状或波浪状，体长5-20 μm，直径0.2-0.3 μm，两端稍尖，光学显微镜下可见灵活的扭曲运动^{[2, 7]}。这种形态使其能穿透宿主致密的结缔组织和血管壁^[7]。

鞭毛结构：7-11根周质鞭毛（periplasmic flagella）位于外膜与内膜之间，沿细胞长轴排列，一端锚定在细胞末端。鞭毛的旋转使菌体产生螺旋状波动，赋予其在高粘度环境（如宿主细胞外基质）中高效运动的能力，这是其侵袭组织的关键^{[2, 7]}。

表面结构：外膜富含脂蛋白（如OspA、OspC、DbpA），这些蛋白的表达具有阶段特异性：在蜱虫中肠主要表达OspA，而在宿主皮肤中优先表达OspC^{[1, 4]}。外膜蛋白的动态变化帮助螺旋体适应不同宿主环境并逃避免疫识别^{[1, 7]}。

图1 伯氏疏螺旋体在暗场显微镜中的外观图片^[10]

图2 伯氏疏螺旋体的扫描电子显微镜（SEM）图片^[11]

1.1.3生化特征

伯氏疏螺旋体的代谢能力受限，依赖宿主获取营养，其生化特征与其寄生生活方式高度适应：

营养需求：无法合成核苷酸、氨基酸、脂肪酸及多数维生素，需通过转运蛋白从宿主或培养基中摄取。例如，其依赖宿主提供嘌呤（如腺苷）和嘧啶，通过嘌呤salvage途径合成核酸^{[2, 7}]。在体外培养时，需使用含兔血清（提供脂类和生长因子）的BSK-II培养基，最适生长温度为33-37℃^{[2, 4]}。

能量代谢：通过糖酵解分解葡萄糖产生ATP，主要代谢产物为醋酸盐，而非乳酸或二氧化碳。醋酸盐的积累可通过调控RpoS-RpoN信号通路影响毒力基因（如ospC）的表达^{[4, 7]}。

无铁代谢：与多数细菌不同，其代谢过程不依赖铁离子，而是利用锰离子作为酶辅因子，这使其能在铁含量极低的哺乳动物组织（如关节液）中存活^{[2, 7]}。

脂类合成：无法从头合成脂肪酸，需从宿主获取并通过磷脂合成酶（如Pcs）组装成细胞膜磷脂（主要为磷脂酰胆碱和磷脂酰甘油）^[7]。此可以影响宿主的生理功能，从而有利于寄生虫的生存和繁殖。

1.1.4分子生物学特征

伯氏疏螺旋体的基因组具有高度适应性和可塑性，是其致病性的分子基础：

基因组结构：包含1条线性染色体（约910 kb）和16-21个线性或环状质粒（总大小约600 kb）。染色体携带核心管家基因（如DNA复制、转录相关基因），而质粒（如lp28-1、cp26）携带与致病性相关的基因（如vlsE、ospC、dbpA）^[1,5]。例如，cp26质粒上的ospC基因是早期感染必需的，而lp28-1上的vlsE基因负责抗原变异^{[1, 7]}。

基因多样性：泛基因组（pangenome）分析显示，其核心基因组仅含299个ORF，而accessory基因组（非核心基因）达5684个ORF，且具有显著的谱系特异性。脂蛋白基因（如ospC、erp家族）在不同菌株中存在高度多态性，与宿主适应性和临床表型差异相关^{[1, 5]}。

抗原变异机制：通过vlsE基因的片段重组实现免疫逃避。vlsE位lp28-1质粒，其上游有15个沉默cassette，可通过基因转换替换vlsE的可变区，产生大量变异体，避免被宿主抗体识别^{[5, 7]}。

质粒不稳定性：体外培养或传代中易丢失部分质粒（如lp25、lp28-1），导致致病性减弱，这也是临床分离株难以培养的原因之一^{[2, 5]}。

1.2分布、传播与致病性

1.2.1分布与传播

地理分布：伯氏疏螺旋体的分布与Ixodes属蜱虫的栖息地高度一致。在北美，主要流行于东北部（如康涅狄格州）、中西部（如威斯康星州）及太平洋沿岸（如加利福尼亚州），传播媒介为Ixodes. scapularis和I. pacificus；在欧洲，由I. ricinus 传播，多见于斯堪的纳维亚半岛和中欧；在亚洲，I. persulcatus是主要媒介，分布于俄罗斯远东和中国东北^{[3, 6]}。

传播途径：仅通过感染蜱虫的叮咬传播。若虫（春季至夏季活跃）因体型小（约1-2 mm）、不易被发现，是人类感染的主要来源，其传播效率随叮咬时间延长而增加：叮咬<24小时传播风险极低，>36小时风险显著升高^{[3, 6]}。成虫（秋季活跃）虽感染率高，但因体型大易被察觉，传播风险较低^[3]。

共感染现象：Ixodes蜱虫可同时携带其他病原体（如Babesia microti、Anaplasma phagocytophilum），导致共感染，使临床症状更严重且诊断复杂^{[3, 6]}。

1.2.2致病性

伯氏疏螺旋体通过多种机制引发莱姆病，临床症状呈阶段性进展，且与菌株基因型密切相关：

早期局部感染（Stage 1）：感染后3-30天出现游走性红斑（EM），表现为圆形或椭圆形红斑，中心可消退形成“靶形”，直径可达10-70 cm，常伴发热、乏力、肌痛等。EM的形成与螺旋体在皮肤内繁殖及宿主炎症反应相关，OspC在此阶段促进螺旋体扩散^[3,6]。

早期播散感染（Stage 2）：感染后数周至数月，伯氏疏螺旋体通过血液和淋巴播散至全身，可引发多系统损害。皮肤表现为多发性游走性红斑（多发性EM）；神经系统常见面神经麻痹（Bell麻痹）、脑膜炎（表现为颈强直、头痛等）；心脏系统可出现房室传导阻滞、心肌炎等。此阶段的组织侵袭与DbpA/DbpB介导的血管黏附密切相关^{[3, 6, 7]}。

晚期感染（Stage 3）：感染后数月至数年，伯氏疏螺旋体持续存在或免疫反应持续进行，可导致慢性损害。主要表现为关节炎（尤其是单关节炎，以膝关节最常见，与免疫复合物沉积相关）；皮肤出现萎缩性慢性肢端皮炎（ACA），主要由B. afzelii感染引起；神经系统则可表现为周围神经炎和认知障碍等^{[6, 7]}。

不同基因种的致病性差异显著：B. burgdorferi sensu stricto主要引发关节炎，B. garinii偏好神经系统，B. afzelii与皮肤病变相关^{[1, 6]}。

1.3检测方法

（1）血清学检测：采用两步法检测抗伯氏疏螺旋体抗体，初筛可通过ELISA检测总抗体，敏感性在早期游走性红斑阶段约为50%，晚期感染时可提升至90%以上；对初筛阳性或可疑样本，需通过Western blot进行确认，其中IgM需至少出现2条特异性条带（如OspC、41 kDa鞭毛蛋白），IgG需至少出现5条特异性条带（如OspA、OspB、60 kDa热休克蛋白）。该方法存在一定局限性，早期感染抗体尚未产生时易出现假阴性结果，且与梅毒等其他螺旋体感染存在交叉反应风险^{[3, 6]}。

（2）分子生物学方法：Courtney^[7]等根据伯氏疏螺旋体23S rRNA保守基因序列设计特异性引物与探针，配置25 µL反应体系（含6 mM MgCl₂、引物各700 nM、探针175 nM、模板DNA2 µL）后在荧光定量PCR仪上扩增。反应程序为：95℃预变性10分钟；随后40个循环（95℃变性15秒，60℃退火延伸1分钟，此阶段采集荧光信号）。该方法特异性强，与埃立克体、立克次体、大肠杆菌等无交叉反应；灵敏度高，最低可检出50个螺旋体，适用于蜱类、血液等样本中伯氏疏螺旋体的快速筛查与流行病学监测。

表1 伯氏疏螺旋体qPCR引物序列

引物名称	序列
F	5′-CGAGTCTTAAAAGGGCGATTTAGT-3′
R	5′-GCTTCAGCCTGGCCATAAATAG-3′
TaqMan探针	FAM-AGATGTGGTAGACCCGAAGCCGAGTG-TAMRA

1.4典型案例

在一项发表于《新疆医科大学学报》的研究中，科研人员对新疆阿拉山口艾比湖湿地的蜱种进行了检测^[8]。2014年4月至8月期间，研究人员在该湿地选取3个采集点，采用布旗法采集游离蜱。经形态学鉴定后，运用巢式PCR法扩增莱姆病病原5S-23S rRNA基因，并对PCR产物测序及BLAST比对分析。在总共检测的152只游离蜱中，包括血红扇头蜱12只、亚洲璃眼蜱59只、边缘革蜱81只。各蜱种莱姆病病原总体阳性率为34.87%（53/152），其中亚洲璃眼蜱阳性率高达57.63%（34/59），边缘革蜱阳性率为22.22%（18/81），血红扇头蜱阳性率为8.33%（1/12），亚洲璃眼蜱的阳性率显著高于其他两种蜱。通过基因测序比对，确定该湿地莱姆病基因型为伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）。这是首次在新疆阿拉山口艾比湖湿地硬蜱中检测到伯氏疏螺旋体，提示该地区为莱姆病病原自然疫源地。该研究表明艾比湖湿地作为一个生态系统，蜱虫活动频繁，其携带的伯氏疏螺旋体极有可能通过动物排泄物等途径污染周边水环境，对当地居民和动物构成潜在威胁。​

美国纽约州立大学的研究团队曾针对该州蜱虫携带伯氏疏螺旋体情况开展了大规模研究^[9]。在2009年至2018年间，研究人员从纽约州数百个地点采集了近19,000只黑腿蜱。他们分析了感染和未感染蜱虫数量与当地环境特征的关联，这些环境特征涵盖景观因素（如海拔、火灾历史、与道路等基础设施的距离）、脊椎动物宿主种群规模（包括人类、熊、鸟类和鹿）、监测条件（包括采集时的当地温度和湿度以及标本采集力度）以及气候指标（如月均温度、降水量和低于冰点的天数）。研究发现，在一些靠近森林且湿度适宜的区域，蜱虫感染伯氏疏螺旋体的比例较高。由于这些区域往往存在溪流、池塘等小型水体，而蜱虫宿主（如啮齿动物）会频繁接触这些水体，伯氏疏螺旋体可能通过宿主动物的尿液等排泄物进入水体，进而污染水环境。

1.5防治对策

伯氏疏螺旋体的防治是一项系统工程，需要综合考虑生态、医学和社会等多方面因素。​

从环境治理角度，破坏蜱虫的生存环境能有效减少其种群数量。有研究指出，定期对蜱虫密集的林区、草地进行清理，如割除杂草、清扫落叶，可以显著降低蜱虫的栖息空间。在蜱虫高发区域，合理使用杀虫剂如氯菊酯，能有效杀灭蜱虫，但使用时要充分评估对环境的潜在影响。对野生啮齿动物等蜱虫宿主进行科学的种群调控，也有助于减少蜱虫的感染源，不过这需要谨慎权衡对生态平衡的影响。

个人防护在预防感染中起着关键作用。当人们进入可能存在蜱虫的区域时，应穿着长袖长裤，并将裤腿扎进袜子，选择浅色衣物以便及时察觉附着的蜱虫。在衣物及暴露皮肤表面涂抹含避蚊胺（DEET）的驱虫剂，防护效果可持续数小时。户外活动结束后，要全面检查身体各部位，尤其是腰部、腋窝、腹股沟及脚踝下方等蜱虫易附着的部位。若发现蜱虫，需用细口镊子尽可能贴近皮肤表面垂直拔除，防止蜱虫口器残留体内。​

医学干预是伯氏疏螺旋体防治的重要环节。对于已感染的患者，抗生素治疗是核心手段。在疾病早期，口服多西环素、阿莫西林等抗生素，疗程通常为2-3周，可有效杀灭细菌。若感染进展至晚期，出现神经系统、心血管系统等严重并发症，可能需要静脉注射头孢曲松等抗生素，疗程延长至3-4周。

参考文献

[1] Lemieux JE. Analysis of the borreliaceae pangenome reveals a distinct genomic architecture conserved across phylogenetic scales. J Infect Dis, 2024, 230: S51-61.

[2] Tilly K, Rosa PA, Stewart PE. Biology of Infection with Borrelia burgdorferi. Infect Dis Clin North Am, 2008, 22: 217-234.

[3] Shapiro ED. Borrelia burgdorferi (Lyme disease). Pediatrics in Review, 2014, 35: 500-509.

[4] Jutras BL, Chenail AM, Stevenson B. Changes in bacterial growth rate govern expression of the Borrelia burgdorferi OspC and Erp Infection-associated surface proteins. J Bacteriol, 2013, 195: 757-764.

[5] Seifert SN, Khatchikian CE, Zhou W et al. Evolution and population genomics of the Lyme borreliosis pathogen, Borrelia burgdorferi. Trends Genet, 2015, 31: 201-207.

[6] Mahajan VK. Lyme disease: an overview. Indian Dermatol Online J, 2023, 14: 594-604.

[7] Courtney JW, Kostelnik LM, Zeidner NS, Massung RF. Multiplex real-time PCR for detection of anaplasma phagocytophilum and Borrelia burgdorferi. Journal of Clinical Microbiology, 2004, 42: 3164-3168.

[8] 王安东, 徐军, 王远志 等. 新疆阿拉山口艾比湖湿地蜱种莱姆病病原体检测. 中华地方病学杂志, 2015, 34: 592-595.

[9] Tran T, Prusinski MA, White JL et al. Predicting spatio-temporal population patterns of Borrelia burgdorferi, the Lyme disease pathogen. J Appl Ecol, 2022, 59: 2779-2789.

[10] Tatum R, Pearson-Shaver AL. Borrelia Burgdorferi. StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023.

[11] Miklossy J, Kasas S, Zurn AD. Persisting atypical and cystic forms of Borrelia burgdorferi and local inflammation in Lyme neuroborreliosis. Journal of Neuroinflammation, 2008, 5: 40.