革兰氏阳性菌和阴性菌的细胞壁在致病性上有哪些不同？

 

百欧博伟生物：革兰氏阳性菌与阴性菌的细胞壁因结构和成分差异，在介导致病性的机制上存在显著不同，这些差异主要体现在免疫激活强度、黏附定植方式、毒素释放及免疫逃逸策略等方面。以下从具体机制展开对比：

 

一、革兰氏阳性菌细胞壁的致病性特征

 

革兰氏阳性菌细胞壁以厚肽聚糖层（占干重 50%-80%） 和磷壁酸为核心，其致病性主要依赖于磷壁酸的黏附作用、肽聚糖的免疫激活及与外毒素的协同效应。

 

1、黏附与定植：磷壁酸的“锚定”作用

 

磷壁酸（尤其是脂磷壁酸）带负电荷，可通过静电作用与宿主细胞表面的糖蛋白（如纤维连接蛋白）结合，帮助细菌牢固定植于黏膜或皮肤表面。例如：

 

链球菌的脂磷壁酸可黏附于呼吸道上皮细胞，为后续感染奠定基础；

 

金黄色葡萄球菌的壁磷壁酸能增强其在皮肤伤口的定植能力，引发疖、痈等局部感染。

 

2、免疫激活：肽聚糖的“温和”炎症信号

 

肽聚糖可被宿主免疫细胞的 TLR2识别，激活单核细胞和巨噬细胞释放炎症因子，引发局部炎症。但这种激活强度较弱，通常局限于感染部位（除非细菌大量增殖扩散）。

 

3、外毒素的协同作用

 

革兰氏阳性菌多分泌外毒素（如金黄色葡萄球菌的肠毒素、破伤风梭菌的痉挛毒素），而细胞壁结构可辅助毒素释放：厚肽聚糖层的多孔性允许外毒素通过扩散释放到胞外，与黏附的细菌协同破坏宿主组织（如链球菌的溶血素可通过肽聚糖间隙扩散，溶解红细胞）。

 

4、耐药性与持续感染

 

厚肽聚糖层可物理阻挡部分小分子抗生素的渗透，且阳性菌可通过青霉素结合蛋白突变（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，MRSA）抵抗抗生素，导致感染持续存在。

 

二、革兰氏阴性菌细胞壁的致病性特征

 

革兰氏阴性菌细胞壁以薄肽聚糖层（仅 2-3 层） 和外膜（含脂多糖 LPS） 为核心，其致病性的核心是内毒素（LPS）的强免疫激活、外膜的屏障作用及 O 抗原的免疫逃逸。

 

1、强毒性炎症：内毒素（LPS）的“风暴”效应

 

外膜的脂多糖（LPS）是革兰氏阴性菌最关键的致病成分，其脂质 A部分可被宿主 TLR4 识别，强烈激活巨噬细胞和树突状细胞，释放大量炎症因子和趋化因子，引发全身性炎症反应：

 

轻度时表现为发热、局部水肿；

 

重度时可导致脓毒症休克（血管扩张、血压骤降）、弥散性血管内凝血（DIC），死亡率极高（如大肠杆菌、脑膜炎奈瑟菌引发的败血症）。

 

2、免疫逃逸：O 抗原的“伪装”与变异

 

LPS 的O 抗原是暴露于细胞表面的多糖侧链，其结构高度可变（如沙门氏菌有 2107 种 O 抗原型）：

 

变异的 O 抗原可逃避宿主抗体的特异性识别（如淋病奈瑟菌通过 O 抗原相变，频繁改变表面结构，避免被免疫系统清除）；

 

部分 O 抗原可模拟宿主细胞表面的糖链结构（分子模拟），降低免疫原性（如幽门螺杆菌的 O 抗原类似胃黏膜糖蛋白，逃避免疫攻击）。

 

3、屏障与耐药：外膜的“防御盾”作用

 

外膜的磷脂双分子层和孔蛋白构成物理屏障：

 

孔蛋白仅允许小分子（<800 Da）通过，限制大分子抗生素（如青霉素 G）进入；

 

外膜上的外排泵可主动排出进入的抗生素，增强耐药性；

 

周质空间（外膜与细胞膜之间）含 β- 内酰胺酶，可直接降解进入的 β- 内酰胺类抗生素，导致感染难以控制（如肺炎克雷伯菌的多重耐药株）。

 

4、黏附辅助：外膜蛋白与菌毛的协同

 

外膜上的蛋白（如大肠杆菌的外膜蛋白 A）可辅助菌毛锚定，增强黏附能力。例如：大肠杆菌的 P 菌毛通过外膜蛋白锚定，特异性结合尿道上皮细胞的糖脂受体，引发尿路感染。

 

三、核心差异总结

 

致病性维度   革兰氏阳性菌（细胞壁相关）  革兰氏阴性菌（细胞壁相关）

 

核心致病成分  磷壁酸、肽聚糖 脂多糖（LPS，内毒素）、外膜蛋白、O 抗原

 

免疫激活强度  较弱（TLR2 介导局部炎症） 极强（TLR4 介导全身性炎症 / 脓毒症）

 

黏附机制 磷壁酸与宿主糖蛋白结合 外膜蛋白辅助菌毛黏附，或直接结合宿主受体

 

免疫逃逸 依赖外毒素变异（与细胞壁关联较弱） O 抗原高频变异、分子模拟（直接依赖细胞壁结构）

 

耐药屏障 厚肽聚糖物理阻挡 + PBPs 突变 外膜孔蛋白限制 + 外排泵 + 周质空间酶降解

 

典型致病结果  局部感染、外毒素中毒  全身性感染、持续感染

 

四、总结

 

革兰氏阳性菌的致病性更依赖细胞壁成分的黏附定植能力及与外毒素的协同，引发的感染多局限且炎症反应较温和；而革兰氏阴性菌的致病性核心是外膜 LPS 的强毒性和外膜的防御屏障，易引发全身性重症感染且更难被抗生素控制。这种差异源于细胞壁结构的进化适应 —— 阳性菌以“物理锚定 + 局部破坏”为主，阴性菌则以“化学毒素 + 免疫逃逸”为核心策略。

 

北京百欧博伟生物技术有限公司的微生物菌种查询网提供微生物菌种保藏、测序、购买等服务,是中国微生物菌种保藏中心的服务平台，并且是集微生物菌种、菌种,ATCC菌种、细胞、培养基为一体的大型微生物查询类网站，自设设备及技术的微生物菌种保藏中心！欢迎广大客户来询！