水环境常见致病生物图谱系统

脑膜炎奈瑟菌

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脑膜炎奈瑟菌（Neisseria meningitidis）

物种名：脑膜炎奈瑟菌

拉丁学名：Neisseria meningitidis

分类学地位：细菌界Bacteria；变形菌门Proteobacteria；β-变形菌纲Betaproteobacteria；奈瑟式球菌目Neisseriales；奈瑟式球菌科Neisseriaceae；奈瑟球菌属Neisseria。

脑膜炎奈瑟菌（Neisseria meningitidis），又名脑膜炎双球菌或脑脊髓膜炎双球菌，简称为脑膜炎球菌，是一种革兰氏阴性菌，因其所导致的脑膜炎而闻名，亦会造成脑膜炎球菌血症(一种致命性的败血症)。它只感染人类，并无寄生的动物，是唯一令细菌性感染脑膜炎成为流行病的病菌，约10%成人的鼻咽中有它的踪迹。脑膜炎奈瑟菌引起的极性呼吸道传染性疾病，具有起病急、病情发展快和病死率高等特点，常在冬春季节发病和流行[1]。

12.1生物学特性

12.1.1培养特征

脑膜炎奈瑟菌是专性好氧菌，营养要求高，需要在含有血液或血清等培养基上才能生长，最常用的培养基是巧克力色培养基，即将血液加热80℃后制成的血琼脂培养基，这种培养基含有血液和多种氨基酸、无机盐等成分，提供了脑膜炎奈瑟菌所必须的营养。初次分离培养时，还需提供5%～10%的CO2气体。一般培养48小时后，脑膜炎奈瑟菌在培养基上形成圆形隆起、表面有光泽、透明或半透明、直径约1mm～5mm的露滴样粘液型菌落菌落表面有光泽，呈凸起状，无色素形成，血平板上无溶血现象。

图1 脑膜炎奈瑟菌在不同培养基上的培养结果

  1. 脑膜炎奈瑟菌在血平板上
  2. 脑膜炎奈瑟菌在巧克力平板上

12.1.2形态学特征

脑膜炎奈瑟菌是流行性脑脊髓膜炎（简称流脑）的病原菌。肾形或豆形革兰阴性双球菌，两菌接触面平坦或略向内陷，直径0.6~0.8μm。人工培养后可成卵圆形或球状，排列较不规则，单个、成双或4个相联等。在孵育24h后的培养物中，常呈现衰退形态，菌体大小较不一致，着色亦深浅不匀。在患者脑脊液中，多位于中性粒细胞内，形态典型。新分离菌株大多有荚膜和菌毛。

图2 脑膜炎奈瑟菌的形态特征

  1. 脑膜炎奈瑟菌在扫描电镜下的照片
  2. 脑膜炎奈瑟菌的革兰氏染色结果

b.

d.

12.1.3生化特征

奈瑟菌是一种革兰阴性球菌，具有荚膜和嗜热生长的特征。它具有氧化酶活性，能将氧氧化成水，表现为深蓝色。奈瑟菌是兼性厌氧菌，可以在有或无氧条件下生长。它可以利用多种糖类进行酵解产生酸，包括葡萄糖、乳糖和麦芽糖等。此外，奈瑟菌还产生阿加罗糖酶，能够降解阿加罗糖。奈瑟菌具有多种抗原，包括荚膜抗原、外膜蛋白抗原和内膜蛋白抗原等。这些生化特征是奈瑟菌的典型特征，对于鉴定和分类奈瑟菌起着重要作用。

      1. 分子生物学特征

（1）抗原构造及其分类

  1. 荚膜多糖抗原（capsular polysaccharides antigen） 具有群特异性。根据此抗原性不同，可将脑膜炎奈瑟菌分为至少13个血清群。与人类疾病关系密切的主要是A、B、C、Y及W-135群[2]。A群及C群是引起脑膜炎流行的主要血清群。
  2. 外膜蛋白（outer membrane protein） 具有型特异性。根据外膜蛋白不同将脑膜炎奈瑟菌分为20个血清型。2型和15型与流行性脑脊髓膜炎有关。外膜蛋白的功能是在细菌细胞壁上形成孔隙，有利于营养物质进入细胞内。
  3. 脂多糖抗原（lipopolysaccharide antigen， LPS） 此抗原与大肠杆菌有共同抗原存在。脂多糖是脑膜炎奈瑟菌的主要致病物质。

（2）致病物质

  1. 荚膜：脑膜炎奈瑟菌的荚膜是它的的重要毒力因子，与细菌粘附定植、血液存活等有关，荚膜对于维持Nm 和人体的平衡状态非常重要，细菌粘附时如果大量表达荚膜，并不利于细菌粘附定植。荚膜多糖合成基因和细胞膜表面转运基因位于染色体上的单一区域， 命名为荚膜多糖基因簇（Capsule polysaccharide， cps）。荚膜有助于脑膜炎奈瑟菌在血液中存活，荚膜表达可进行on/off 相变模式调节，在致病过程中，荚膜表达会 上调，抑制细胞粘附作用和生物膜的形成，促使细菌 进入血液。脑膜炎奈瑟菌携带过程中，荚膜表达下调或消失，有助于粘附，为了适应宿主环境，脑膜炎奈瑟菌会出现高度突变的表型[3]。
  2. 菌毛：介导细菌粘附在宿主易感细胞表面，有利于细菌在宿主体内定居、繁殖。通常情况下， Nm粘附功能主要由IV型菌毛介导，除粘附上皮细胞 外，IV型菌毛也参与粘附血管内皮细胞、细菌菌落聚集、 细菌运动、细菌遗传物质的转化等[4]。
  3. 内毒素：是脑膜炎奈瑟菌的主要致病物质。内毒素作用于小血管或毛细血管，引起血栓、出血，表现为皮肤出血性瘀斑；作用于肾上腺，导致肾上腺出血。大量内毒素可引起弥漫性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC），导致休克，预后不良。

12.2分布、传播与致病性

12.2.1 分布与传播

脑膜炎奈瑟菌主要存在于人类的鼻咽部和口腔中，约10%的成人鼻咽部可发现其踪迹。它的传播途径主要有两种：

（1）呼吸道传播：通过飞沫传播，当患者咳嗽、打喷嚏或正常说话时，病菌会进入空气中。健康人群如果吸入这些含有病菌的飞沫，就有可能感染脑膜炎奈瑟菌。特别是在学校、宿舍、医院等人口密集的地方，由于人员密集，飞沫传播的机会增加，容易引起疾病的暴发性流行。

（2）接触传播：除了飞沫传播，脑膜炎奈瑟菌也可以通过直接或间接接触感染者的口、鼻、眼等部位的分泌物传播。例如，与感染者共用餐具、毛巾等生活用品，或者与感染者接吻等亲密接触，都可能导致病菌的传播。

此外，脑膜炎奈瑟菌还可以通过血液传播，例如通过注射器输血、动物咬伤、蚊虫叮咬等途径。对于一些特定人群，如进行肾透析、脾脏功能异常、脾脏切除、存在颅骨出生缺陷、头部创伤、做过脑部手术等人群，以及存在呼吸道耳部感染、植入人工耳蜗、注射毒品、患有艾滋病、经常酗酒等人群，他们更容易感染脑膜炎奈瑟菌，需要特别注意预防措施。

12.2.2 致病性

流行性脑脊髓膜炎（简称流脑）是由脑膜炎奈瑟菌（Nm）通过呼吸道传播引起的化脓性脑膜炎。

图 1 解剖图

人类是脑膜炎奈瑟菌的易感宿主。细菌由鼻咽部侵入机体，依靠菌毛的作用粘附于鼻咽部粘膜上皮细胞表面。多数人感染后表现为带菌状态或隐性感染，细菌仅在体内短暂停留后被机体清除。只有少数人发展成脑膜炎。我国引起脑膜炎的主要是A群菌，B群常为带菌状态。脑膜炎奈瑟菌感染的发病过程可分为3个阶段：

（1）病原菌首先由鼻咽部侵入，依靠菌毛吸附在鼻咽部粘膜上皮细胞表面，引起局部感染；

（2）随后细菌侵入血流，引起菌血症，伴随恶寒、发热、呕吐、皮肤出血性瘀斑等症状；

（3）侵入血流的细菌大量繁殖，由血液及淋巴液到达脑脊髓膜，引起脑脊髓膜化脓性炎症。患者出现高热、头痛、喷射性呕吐、颈项强直等脑膜刺激症状。严重者可导致DIC，循环系统功能衰竭，于发病后数小时内进入昏迷。病理改变表现为脑膜急性化脓性炎症伴随血管栓塞，白细胞渗出。

12.3检测方法[5]

  1. 涂片染色法：取脑脊液、血液或皮肤出血淤斑渗出物制成印片或离心沉淀后涂片，干燥固定后革兰染色，若在中性粒细胞内或外有革兰阴性双球菌，可初步判断为脑膜炎球菌感染。
  2. 分离培养：将标本的葡萄糖肉汤增菌培养液直接接种于血琼脂平板、巧克力琼脂或EPV琼脂，置5%~10%CO2环境中，35~37℃培养18-24h后可见圆形、灰褐色湿润、光滑、边缘整齐、直径1~2mm的小菌落，经涂片证实为革兰阴性双球菌，并进一步根据相应的生化反应等试验予以鉴定。
  3. 血清学检查：通过抽取患者的血液，检测其中针对脑膜炎奈瑟菌的免疫抗体水平，有助于辅助诊断。
  4. 分子生物学检查：利用基因测序等方法对脑膜炎奈瑟菌进行检测和鉴定，具有较高的特异性和灵敏度。

12.4典型案例

脑膜炎奈瑟菌的传播途径主要是通过直接或间接接触感染者的口、鼻、眼等部位的分泌物，或者吸入含有病菌的飞沫。因此，水污染也可能成为其传播途径之一。

脑膜炎奈瑟菌在水污染中的传播，可能是由于水源被感染者的排泄物污染，或者水体中存在感染者或带菌者的尸体或排泄物。此外，水体中如果存在可提供营养的有机物，也可能促进脑膜炎奈瑟菌的生长和繁殖。

在历史上，曾经发生过一些由脑膜炎奈瑟菌引起的大规模疾病爆发，其中一些与水污染有关。例如，1887年美国费城发生的流行性脑脊髓膜炎爆发，据认为是饮用水中含有脑膜炎奈瑟菌所致。另外，1970年代在南亚和非洲部分地区也发生过由脑膜炎奈瑟菌引起的大规模爆发，其中一些也被怀疑与水污染有关。

12.5防治对策

从水污染的角度来看，脑膜炎奈瑟菌的防治对策主要包括以下几个方面：

控制污染源：加强对水源的保护，防止人类和动物的排泄物、废水等污染物进入水体，从而减少脑膜炎奈瑟菌的传播途径。

监测与检测：定期对水源进行监测和检测，及时发现和处理污染源，确保供水安全。同时，对于已经受到污染的水源，应该采取适当的消毒等措施，消除病菌的传播。

公众教育：加强公众教育，提高人们对脑膜炎奈瑟菌的认识和预防意识。教育人们注意个人卫生，勤洗手、戴口罩等，减少疾病的传播。

饮用水处理：采用适当的饮用水处理技术，如过滤、消毒等，去除水中的病菌和污染物，保障饮用水安全。

环境改善：加强环境治理和改善，提高水体的自净能力，减少水体中有机物等营养物质的含量，抑制脑膜炎奈瑟菌的生长和繁殖。

参考文献

  1. 张勇，赖植发，周海涛，等．流行性脑脊髓膜炎病例的病原学分析[J]．中国热带医学，2009，9(8): 1589-1590．
  2. 邵祝军．中国流行性脑脊髓膜炎流行变异趋势［J］．中华预防医学杂志，2013，47( 10) : 891-893．
  3. HARRISON B, CLAUS H, JIANG Y, et al. Description and nomenclature of Neisseria meningitidis capsule locus [J]. Emerging Infectious Disease Journal, 2013, 19(4): 566-573.
  4. JAMET A, EUPHRASIE D, MARTIN P, et al. Identification of genes involved in Neisseria meningitidis colonization [J]. Infection and Immunity, 2013, 81(9): 3375-3381.
  5. 廖春艳，李志峰，段刚. 脑膜炎奈瑟菌的检测技术及检测进展[J]. 检验医学与临床，2018, 15(13): 2011-2014.