化膿性鏈球菌

化膿性鏈球菌
放大900倍的化膿性鏈球菌（橙色）
科學分類
域：	細菌域 Bacteria
門：	芽孢桿菌門 Bacillota
綱：	芽孢桿菌綱 Bacilli
目：	乳桿菌目 Lactobacillales
科：	鏈球菌科 Streptococcaceae
屬：	鏈球菌屬 Streptococcus
種：	化膿性鏈球菌 S. pyogenes
二名法
Streptococcus pyogenes Rosenbach 1884
模式菌株
ATCC 12344 CCUG 12701 CCUG 4207 CIP 56.41 DSM 20565 JCM 5674 LMG 14700 NCAIM B.01705 NCTC 8198

化膿性鏈球菌（學名：Streptococcus pyogenes）或化膿鏈球菌，是鏈球菌屬中的一種細胞外的革蘭氏陽性菌，也是一種耐氧細菌。此物種在臨床上對人類很重要，因為它們是一種不常見但通常是致病的病原細菌，是皮膚微生物群的一部分，可導致A型鏈球菌感染。此物種是具有蘭斯菲爾德鏈球菌A組抗原的主要物種，所以它通常也被稱為A型鏈球菌（GAS）。但是，停乳鏈球菌和心絞痛鏈球菌群也可以具有A組抗原。A型鏈球菌在血瓊脂上生長時，通常會產生小的（2-3毫米）β-溶血性，即完全破壞紅血球，因此它也稱為A型（β-溶血性）鏈球菌（GABHS）。

化膿性鏈球菌是由鏈狀連接的非運動和非孢子球菌（圓形細胞）組成的。此物種名稱來源於希臘語，意思是漿果和膿形成的「鏈」（漿果「streptos」；鏈「coccus」；膿「pyo」），使用「膿」是因為由細菌引起的許多感染會產生膿液。區分葡萄球菌屬和鏈球菌屬的主要標準是過氧化氫酶試驗。葡萄球菌是過氧化氫酶陽性，而鏈球菌是過氧化氫酶陰性。化膿性鏈球菌可以在新鮮的血瓊脂板上培養。理想條件下，潛伏期為1至3天。

據估計，全球會每年發生7億例GAS感染。雖然這些感染的總死亡率為0.1%，但超過650,000例是嚴重的侵襲性病例，這些病例的死亡率為25%。早期識別和治療至關重要，診斷失敗可導致敗血症和死亡。

流行病學

化膿性鏈球菌通常寄生於喉嚨、生殖器黏膜、直腸和皮膚。在健康的個體中，1%至5%的人在咽喉、陰道或直腸攜帶此細菌。在健康的兒童中，這種攜帶率從2%至17%不等。這種細菌有四種傳播方式：把飛沫吸入呼吸道、皮膚接觸、接觸被細菌污染的物體（物體表面或灰塵）和食物傳播。此類細菌可引起鏈球菌性咽炎、風濕熱、風濕性心臟病、猩紅熱等多種疾病。儘管咽炎主要起源於病毒，但大約15%至30%的兒童咽炎病例是由GAS引起的；同時，5%至20%的成人咽炎是鏈球菌引起的。由於在學校和托兒所中的暴露以及宿主免疫力較低，兒童咽炎病例的數量遠遠高於成人。由於許多人重新呼吸相同的室內空氣，因此在季節性國家的冬末至初春，鏈球菌性咽炎病例更頻繁地發生，秋季發病率最低。

MT1（代謝1型）克隆經常與發達國家的侵襲性化膿性鏈球菌感染有關聯。在前青黴素時代，化膿性鏈球菌的發病率和死亡率很高，但在青黴素廣泛使用之前就已經開始下降。因此，環境因素確實在化膿性鏈球菌感染中起作用。化膿性鏈球菌的發病率在發達國家每100,000人中就有2至4人發病，而在發展中國家每100,000人中就有12至83人發病。化膿性鏈球菌感染在男性中比女性更常見，老年人的感染率最高，其次是嬰兒。在患有心臟病、糖尿病、惡性腫瘤、鈍挫傷、手術切口、病毒性呼吸道感染（包括流行性感冒）的人群中，17%至25%的病例發生化膿性鏈球菌感染。GAS復發感染通常發生在確診流感感染的一周內。在14%至16%的兒童化膿性鏈球菌感染中，有先前的水痘感染。兒童化膿性鏈球菌感染通常表現為嚴重的軟組織感染，在水痘診斷後4至12天發病。在兒童感染水痘的前兩周內，感染化膿性鏈球菌的風險也會增加40到60倍。然而，20%到30%的化膿性鏈球菌感染發生在沒有可識別危險因素的成年人身上。沒有已知危險因素的兒童的發病率較高（50%至80%的化膿性鏈球菌感染）。在英國，猩紅熱的發病率通常為每100,000中有4人得病，然而，在2014年，這一比率已上升到每100,000萬人中就有49人得病。風濕熱和風濕性心臟病通常發生在咽喉感染後2至3周，這在發展中國家的貧困人群中更為常見。從1967年到1996年，風濕熱和風濕性心臟病的全球平均發病率為每100,000萬人中有19人得病，最高發病率為每100,000萬人中有51人得病。

母體化膿性鏈球菌感染通常發生在妊娠晚期。妊娠30多周至產後4周，佔所有化膿性鏈球菌感染的2%至4%。這意味着化膿性鏈球菌感染的風險增加了20到100倍。臨床表現是：肺炎、化膿性關節炎、壞死性筋膜炎和生殖器敗血症。根據倫敦夏洛特女王醫院在1930年代進行的一項研究，陰道不是這種感染的常見來源。相反，母體咽喉感染和與攜帶者的密切接觸是母體化膿性鏈球菌感染的更常見來源。

細菌學

血清分型

1928 年，瑞貝卡·蘭斯菲爾德發表了一種基於化膿鏈球菌細胞壁多糖的血清分型方法，一種顯示在其表面的毒力因子。後來在 1946 年，蘭斯菲爾描述了化膿性鏈球菌的分離物的血清學分類基於它的表面T抗原。已發現20種T抗原中有4種是性菌毛，細菌利用性菌毛附着在宿主細胞上。截至2016年，共鑑定出120個M蛋白。這些M 蛋白由234種emm基因編碼，具有超過1,200個等位基因。

溶原性

所有化膿性鏈球菌菌株都是多聚化的，因為它們在其基因組上攜帶一種或多種噬菌體。一些噬菌體可能有缺陷，但在某些情況下，活性噬菌體可能會彌補其他噬菌體的缺陷。一般來說，在疾病期間分離出的化膿性鏈球菌菌株的基因組>90%相同，它們的不同之處在於它們攜帶的噬菌體。

致病因子

化膿性鏈球菌具有幾種毒力因子，使其能夠附着在宿主組織上，逃避免疫反應，並通過穿透宿主組織層傳播。由玻尿酸組成的基於碳水化合物的莢膜圍繞着細菌，保護它免受中性粒細胞的吞噬作用。此外，莢膜和嵌入細胞壁的幾種因子，包括M蛋白、脂壁酸和F蛋（SfbI），有助於附着於各種宿主的細胞。M蛋白還通過與宿主的補體調節劑結合來替代補體系統抑制調理作用。在某些血清上發現的M蛋白也能夠通過與纖維蛋白原結合來防止調理作用。然而，M蛋白也是這種病原體防禦最薄弱的地方，因為免疫系統產生針對M蛋白的抗體會靶向細菌以被吞噬細胞吞噬。M蛋白對每個菌株都是獨特的，並且可以在臨床上使用來確認引起感染的菌株。

名字	描述
鏈球菌溶血素O	一種外毒素，是生物體β溶血特性的基礎之一，鏈球菌溶血素O會引起免疫反應並檢測到針對它的抗體；抗鏈球菌溶血素O（ASO）可用於臨床確認近期感染。它會被氧氣破壞。
鏈球菌溶血素S	一種心臟毒性外毒素，另一種β溶血成分，不具有免疫原性且氧氣穩定：一種強效細胞毒物，影響多種類型的細胞，包括中性粒細胞、血小板和亞細胞器。
鏈球菌致熱外毒素A（SpeA）	許多化膿性鏈球菌菌株分泌的超級抗原：這種致熱性外毒素是引起猩紅熱皮疹和鏈球菌中毒性休克綜合症的許多症狀，也稱為中毒性休克綜合症（TSLS）。
鏈球菌致熱外毒素C（SpeC）
鏈球菌致熱外毒素B（SpeB）	半胱氨酸蛋白酶和主要的分泌蛋白。多種作用，包括降解細胞外基質、細胞因子、補體成分和免疫球蛋白。也稱為鏈球菌蛋白酶。
鏈激酶	酶激活纖溶酶原（一種蛋白水解酶）變成纖溶酶，纖溶酶進而消化纖維蛋白和其他蛋白質。
透明質酸酶	透明質酸酶被廣泛認為通過分解玻尿酸（結締組織的重要成分）促進細菌在組織中的傳播。然而，由於編碼酶的基因發生突變，很少有化膿性鏈球菌分離物能夠分泌活性透明質酸酶。此外，少數能夠分泌透明質酸酶的分離物似乎不需要它通過組織傳播或引起皮膚損傷。因此，透明質酸酶在發病機制中的真正作用（如果有的話）仍然未知。
鏈球菌酶	大多數化膿性鏈球菌菌株可分泌多達四種不同的去氧核糖核酸酶，有時稱為鏈酶。去氧核糖核酸酶通過消化中性粒細胞胞外陷阱（NETs）的DNA網絡來保護細菌免於被困在中性粒細胞胞外陷阱中，其中結合了可以殺死細菌的中性粒細胞絲氨酸蛋白酶。
C5a肽酶	C5a肽酶切割由補體系統產生地有效中性粒細胞趨化素，稱為C5a。C5a肽酶對於在感染早期儘量減少中性粒細胞的流入是必要的，因為細菌正試圖在宿主組織中定殖。C5a肽酶雖然需要在感染的早期階段降解中性粒細胞趨化蛋白C5a，但對於化膿性鏈球菌來說，當細菌通過筋膜傳播時，它不需要防止中性粒細胞流入。
鏈球菌趨化因子蛋白酶	嚴重壞死性筋膜炎患者的受累組織中缺乏中性粒細胞。由化膿性鏈球菌釋放的絲氨酸蛋白酶（ScpC）負責防止中性粒細胞遷移到傳播感染。ScpC會降解趨化因子白細胞介素-8，否則會吸引中性粒細胞到感染部位。

基因組

對不同菌株的基因組進行測序（基因組大小為1.8-1.9 Mbp），編碼約1700至1900個蛋白質（菌株NZ131中為1700個，菌株MGAS5005中為1865個）。化膿性鏈球菌典型菌株（NCTC8198T=CCUG4207T）的完整基因組序列可在日本DNA數據庫、歐洲核苷酸檔案和基因銀行（GenBank）中獲得，登錄號為LN831034和CP028841。

生物膜形成

生物膜是化膿性鏈球菌以及其他細菌細胞相互交流的一種方式。在生物膜中，用於多種目（例如防禦宿主的免疫系統）的基因表達是通過群體感應控制的。GAS中的生物膜形成途徑之一是Rgg2/3途徑。它調節疏短水肽（SHP's），疏短水肽是群體感應信息素，也就是自誘導劑。SHP's被解釋成信息素的未成熟形式，並且必須首先通過細胞內的金屬蛋白酶然後在細胞外空間中進行加工，以達到其成熟的活性形式。運輸出細胞的方式和細胞外加工因子仍然未知。成熟的SHP信息素可以通過跨膜蛋白寡肽通透酶進入附近的細胞和它起源的細胞。在胞質溶膠中，信息素在Rgg2/3通路中具有兩種功能。首先，它們抑制Rgg3的活性，Rgg3是一種抑制SHP產生的轉錄調節因子。其次，它們結合另一種轉錄調節因子Rgg2，增加SHP's的產生，對Rgg3具有拮抗作用。SHP's激活它們自己的轉錄激活因子會創建一個正面反饋循環，這對於群體感應肽的生產很常見。它使大量信息素的快速生產成為可能。SHP's的生產增加了生物膜的生物發生。有人提出，GAS通過利用具有相反作用的途徑在生物膜形成和降解之間切換。雖然Rgg2/3途徑增加了生物膜，但RopB途徑卻破壞了它。RopB是另一種Rgg樣蛋白（Rgg1），可直接激活鏈球菌致熱外毒素B（SpeB），這是一種半胱氨酸蛋白酶，可作為毒力因子。在沒有該途徑的情況下，生物膜形成增強，這可能是由於缺乏蛋白酶降解信息素或其他Rgg2/3途徑抵消作用。

疾病

化膿性鏈球菌是許多人類疾病的原因，從輕微的淺表皮膚感染到危及生命的全身性疾病。感染通常始於喉嚨或皮膚。最顯着的跡象是草莓狀皮疹。輕度化膿性鏈球菌感染的例子包括咽炎（鏈球菌性咽喉炎）和局部皮膚感染（膿痂疹）。丹毒和蜂窩組織炎的特徵是化膿性鏈球菌在皮膚深層的增殖和橫向擴散。化膿性鏈球菌在筋膜中的侵入和增殖可導致壞死性筋膜炎，這是一種危及生命的疾病，需要及時進行手術干預以降低發病率和死亡率。這種細菌存在於新生兒感染中。

某些化膿性鏈球菌菌株引起的感染可能與細菌毒素的釋放有關。與某些毒素釋放相關的喉嚨感染會導致猩紅熱。其他產毒化膿性鏈球菌感染可能導致鏈球菌中毒性休克綜合症，這可能會危及生命。

化膿性鏈球菌還可以以感染後「非化膿性」（與局部細菌繁殖和膿液形成無關）綜合症的形式引起疾病。這些自身免疫介導的併發症發生在一小部分感染後，包括風濕熱和急性增生性腎小球腎炎。這兩種情況都會在最初的鏈球菌感染後數周出現。風濕熱的特徵是鏈球菌性咽炎發作後關節或心臟發炎。急性增生性腎小球腎炎或腎小球炎症，可繼發鏈球菌性咽炎或皮膚感染。

這種細菌對青黴素非常敏感。青黴素治療失敗通常歸因於產生β內酰胺酶的其他局部共生生物，或未能在咽部達到足夠的組織水平。某些菌株已對大環內酯類、四環素類和克林黴素產生耐藥性。

疫苗

有一種針對多種鏈球菌（包括化膿性鏈球菌）的多價滅活疫苗，稱為「vacuna antipiogena polivalente BIOL」，建議每5周接種一次，每周兩次申請，間隔2至4天。該疫苗由Instituto Biológico Argentino生產。

還有另一種潛在的疫苗正在開發中， 疫苗候選肽稱為StreptInCor。

應用

生物納米技術

許多化膿性鏈球菌蛋白質具有獨特的特性，近年來已被利用來產生高度特異性的強力膠和增強抗體治療有效性的途徑。

基因組編輯

這種生物體的CRISPR系統用於識別和破壞入侵病毒的DNA，從而阻止感染，在2012年被用作基因組編輯工具，可能會改變任何一段DNA和後來的RNA。

參見

• 弗雷德里克·圖爾特
• 弗里德里希·勒弗勒
• 弗里德里希·尤利烏斯·羅森巴赫
• 弗里德里希·費萊森