1、肠道外感染大肠埃希菌在肠道内多数不致病，若移位至肠道外的组织或器官则可引起肠外感染。肠道外感染以泌尿道感染和化脓性感染最为常见，如尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎，亦可引起腹膜炎、阑尾炎、手术创口感染，婴儿、老人或免疫力低下者的大肠埃希菌败血症，新生儿大肠埃希菌性脑膜炎。大肠埃希菌常来源于病人肠道，为内源性感染。
（1）败血症：大肠埃希菌是引起败血症的最常见的革兰阴性菌（占45%）。大肠埃希菌败血症常由大肠埃希菌性尿道和胃肠道感染引起，如肠穿孔导致的伴有败血症的腹腔内感染。大肠埃希菌败血症的死亡率很高，尤其对免疫功能低下者或原发感染为腹腔或中枢神经系统的患者。
（2）新生儿脑膜炎：大肠埃希菌和B群链球菌是婴儿中枢神经系统感染的主要致病菌，约75%大肠埃希菌新生儿脑膜炎分离株具有KI荚膜抗原，这一血清型在怀孕妇女和新生儿胃肠道中也普遍存在，其易于引起新生儿感染的原因尚不清楚。
（3）泌尿道感染：引起泌尿道感染的大肠埃希菌多来源于结肠，污染尿道，上行至膀胱，甚至到肾脏和前列腺。女性尿道较短而宽，不能有效防止细菌上行，故女性泌尿道感染比男性多，性交、怀孕亦为危险因素。在男性前列腺肥大是最常见的诱因。此外，因尿道阻塞、尿道结石、先天畸形、神经功能紊乱等引起的尿潴留在两性均易发生尿道感染。插管和膀胱镜也有可能带进细菌，是造成感染的危险。引起泌尿道感染大肠埃希菌由某些特殊的血清型引起，最为常见的特殊血清型统称为尿路致病性大肠埃希菌，常见的有O1、O2、O4、O6、O7、O16、O18、O75等。这些血清型能产生特别的毒力物质，如P菌毛、AAF/I、AAF/II和Dr菌毛等黏附素和溶血素：HlyA，后者能溶解红细胞和其他一些类型细胞，导致细胞因子的释放和炎症反应。
2、肠道感染——— 胃肠炎某些血清型可引起人类腹泻，又称胃肠炎，与食入污染的食品和饮水有关，为外源性感染。根据其致病机制不同，可将致病性大肠埃希菌分为五种类型：
（1）肠产毒素型大肠埃希菌（ETEC）：ETEC是5岁以下婴幼儿和旅游者腹泻的重要病原菌。致病物质主要是定植因子和肠毒素，前者使细菌黏附到小肠上皮细胞上，细菌繁殖并产生肠毒素，肠毒素导致腹泻。临床症状可从轻度腹泻至严重的霍乱样腹泻。
ETEC的肠毒素分不耐热和耐热两型，均由质粒编码。不耐热肠毒素（LT）可分为LT-I和LT-II两型，LT-II与人类疾病无关，LT-I是引起人类腹泻的致病物质，在结构和功能上与霍乱弧菌产生的肠毒素密切相关，对热不稳定，65℃30min可被破坏。LT-I由1个A亚单位和5个B亚单位组成。A亚单位是毒素的活性部位。B亚单位与肠黏膜上皮细胞表面的GM1神经节苷脂结合后，使A亚单位穿入细胞膜活化腺苷环化酶，使胞内ATP转变为CAMP。胞质内CAMP水平增高后，导致肠黏膜细胞内水、氯和碳酸氢钾等过度分泌至肠腔，同时钠的再吸收减少，导致可持续几天的腹泻。毒素还可刺激前列腺素的释放和炎症因子的产生，进一步导致水分的丧失。LT与霍乱肠毒素两者间的氨基酸组成同源性达75%左右；它们的抗原性高度交叉；两者 B亚单位的肠黏膜结合受体都是同一个GMI神经节苷脂。LT-I可刺激机体产生相应中和抗体，有保护作用。
ETEC的耐热肠毒素（ST）可分STa和STb两型，STb与人类疾病无关，STa为低分子量多肽，对热稳定，100℃加热20min仍具有活性。免疫原性弱。STa的作用机制与LT-I不同，其引起腹泻是通过激活肠黏膜细胞上的鸟苷环化酶，使胞内cGMP增多而导致腹泻。很多STa阳性菌株同时产生LT，具有更强的致病性。
编码LT-I和STa的基因存在于一个转移性质粒上，该质粒也同时携带编码黏附素的基因。黏附素是ETEC致病的另一重要因素。
（1）肠侵袭型大肠埃希菌（ETEC）：ETEC在表型和致病性方面与志贺菌密切相关。主要侵犯较大儿童和成人。所致疾病与菌痢类似，临床表现有发热、腹痛、腹泻、脓血便及里急后重等症状。ETEC不产生肠毒素，能侵袭结肠黏膜上皮细胞并在其中生长繁殖。细菌黏附到结肠上皮细胞上，引起细胞内吞，进入细胞浆中增殖，最后杀死感染细胞，再扩散到邻近正常细胞，导致组织破坏和炎症发生。ETEC侵袭结肠黏膜上皮细胞的能力与大质粒上携带的一系列侵袭性基因有关。该大质粒与志贺菌携带侵袭性基因的大质粒高度同源。肠侵袭型大肠埃希菌无动力，其生化反应和抗原结构近似志贺菌，易被误诊为志贺菌。
（2）肠致病型大肠埃希菌（EPEC）：是最早发现的引起腹泻的大肠埃希菌，是婴幼儿腹泻的主要病原菌，严重者可致死。在医院中常引起暴发流行。该菌较大儿童和成人感染少见。ETEC不产生肠毒素及其他外毒素，无侵袭力。病菌在十二指肠、空肠和回肠上段黏膜表面大量繁殖，黏附于微绒毛，导致刷状缘被破坏、微绒毛萎缩、上皮细胞排列紊乱和功能受损，严重干扰对肠道中液体等的吸收，造成水样腹泻，常为自限性，但可转变成慢性。
ETEC黏附和破坏肠黏膜结构的过程是Bfp首先介导细菌与细胞的疏松黏附；随后细菌的III型分泌系统主动分泌某些蛋白质进入宿主上皮细胞，其中有一种蛋白，称之为转位紧密素受体，就被插入到上皮细胞膜中，作为细菌的一种外膜蛋白黏附素，即紧密黏附素的受体，介导细菌与细胞的紧密结合。细胞内肌动蛋白重排，导致微绒毛的破坏。严重干扰对肠道中液体等的吸收功能而致腹泻。
（3）肠出血型大肠埃希菌（EHEC）：亦称为Vero毒素大肠埃希菌（VTEC），为出血性结肠炎和溶血性尿毒综合征（HUS）的病原体。1982年首先在美国发现，其血清型为O157：H7。以后在世界各地有散发或地方小流行。1996年EHEC在日本大阪地区发生流行，患者逾万，死亡11人。5岁以下儿童易感染，感染菌量可低于100个。症状轻重不一，可为轻度水泻至伴剧烈腹痛的血便。约10% 10岁以下患儿可并发有急性肾衰竭、血小板减少、溶血性贫血的HUS，死亡率达3%—5%左右。污染食品是重要的传染源，如未煮透的牛排和其他肉类制品、水、未经巴氏消毒过的牛奶、果汁、生蔬菜和水果。牛可能是O157：H7的主要储存宿主。
EHEC菌株表达志贺毒素，即Stx-I和/或Stx-II，引起上皮细胞微绒毛的破坏。EHEC菌株还具有携带多种其他毒性因子的60Mda的质粒。Stx-I与痢疾志贺菌产生的志贺毒素基本相 同。Stx-II则有60%的同源 。两型毒素均由溶原性噬菌体介导。 Stx由1个A亚单位和5个 B亚单位组成。B亚单位与宿主细胞特异糖脂受体结合。肠绒毛和肾上皮细胞有高浓度的糖脂受体。A亚单位内在活化后裂解成2个分子，A亚单位可裂解60S核糖体亚单位的28SrRNA阻止与氨酰tRNA的结合，终止蛋白质合成。肠绒毛结构的破坏引起吸收减低和液体分泌的相对增加。HUS在产生Stx-II的EHEC中较多，因Stx-II能选择性地破坏肾小球内皮细胞，这种破坏引起肾小球滤过减少和急性肾功能衰竭。Stx还能刺激炎症细胞因子的表达，除其他效应外，还可加强糖脂受体的表达。
EHEC已分离到50个血清型，引起人类疾病的主要是O157：H7血清型。但不同国家的流行株可以不相同。
（3）肠集聚型大肠埃希菌（EAEC）：引起婴儿持续性腹泻，脱水，偶有血便。不侵袭细胞。可产生毒素和黏附素。毒素为肠集聚耐热毒素（EAST），抗原上与ETEC的ST有关。EAEC的特点是能在细胞表面自动聚集，形成砖状排列。感染导致微绒毛变短，单核细胞浸润和出血。介导这种排列的是质粒编码的Bfp和AAF/I和AAF/II。EAEC还能刺激黏液的分泌，促使细菌形成生物膜覆盖在小肠的上皮上，产生毒素。
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