113 年 國立臺灣大學口腔生物科學研究所《微生物學及免疫學》

本題主要在釐清細菌產生的兩種主要毒素：外毒素與內毒素的定義、特性與差異，並要求舉例說明。

核心觀念： 細菌毒素的分類與特性。

詳解：

細菌產生的毒素是導致感染性疾病的重要因素之一。根據其化學結構、釋放方式以及與細菌的關係，可將其分為外毒素 (exotoxin) 與內毒素 (endotoxin)。

1. 外毒素 (Exotoxin)

   • 定義： 外毒素是由細菌（主要是革蘭氏陽性菌，但部分革蘭氏陰性菌也會產生）分泌到細胞外的一類蛋白質毒素。
   • 特性：
     • 化學結構： 主要為蛋白質，分子量較大。
     • 釋放方式： 在細菌生長過程中主動分泌到培養基或宿主組織中。
     • 毒性： 毒性極強，通常只需極少量即可引起嚴重的病理反應。
     • 專一性： 通常具有高度的組織或細胞專一性，作用於特定的靶點（如神經、細胞膜等）。
     • 免疫原性： 具有強烈的免疫原性，可以誘導產生專一性的抗毒素 (antitoxin)，這些抗毒素可被用於治療（如抗毒血清）。
     • 熱穩定性： 大多數外毒素對熱不穩定，在 60°C 以上的溫度下容易被破壞（變性）。
     • 基因來源： 通常由細菌染色體或質體上的基因編碼。
   • 舉例與來源：
     • 破傷風毒素 (Tetanus toxin, Tetanospasmin)： 由革蘭氏陽性菌 Clostridium tetani 產生。此毒素作用於神經系統，抑制抑制性神經傳導物質（如 GABA 和甘氨酸）的釋放，導致肌肉痙攣，引起破傷風。
     • 肉毒桿菌毒素 (Botulinum toxin)： 由革蘭氏陽性菌 Clostridium botulinum 產生。這是已知最劇毒的物質之一，作用於神經肌肉接合處，阻斷乙醯膽鹼的釋放，導致肌肉麻痺，引起肉毒桿菌中毒（食物中毒）。
     • 白喉毒素 (Diphtheria toxin)： 由革蘭氏陽性菌 Corynebacterium diphtheriae 產生。此毒素會抑制宿主細胞蛋白質的合成，主要影響心肌和神經細胞，引起白喉的全身性症狀。
     • 溶血素 (Hemolysin)： 多種細菌（如 Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus）產生，可溶解紅血球。
     • 霍亂毒素 (Cholera toxin)： 由革蘭氏陰性菌 Vibrio cholerae 產生，作用於小腸上皮細胞，引起大量水分和電解質喪失，導致嚴重腹瀉。

2. 內毒素 (Endotoxin)

   • 定義： 內毒素是革蘭氏陰性細菌細胞壁外膜 (outer membrane) 的一個重要組成成分，稱為脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS)。它只存在於細菌死亡或細胞壁崩解時才會釋放到周圍環境或宿主體內。
   • 特性：
     • 化學結構： 脂質 (Lipid A) 與多醣鏈 (polysaccharide chain) 組成，是一種複雜的分子。
     • 釋放方式： 內毒素與細菌細胞壁緊密結合，只有當細菌死亡、被吞噬細胞裂解，或在某些情況下細菌增殖時才釋放出來。

本題探討器官移植中最重要的挑戰之一：免疫排斥反應。需要從免疫學角度解釋其發生的機制，並說明臨床上的處理方法。

核心觀念： 免疫系統的辨識機制（MHC/HLA）、移植物抗宿主反應 (GVHD) 與宿主抗移植物反應 (HVG) 的差異、免疫抑制治療。

詳解：

器官移植的成功與否，很大程度上取決於能否克服宿主免疫系統對移植器官的排斥。排斥反應是人體免疫系統將移植的器官視為「外來物」而發起的攻擊。

1. 器官移植發生排斥的原因：
   排斥反應的根本原因是組織不相容性，主要體現在主要組織相容性複合體 (Major Histocompatibility Complex, MHC) 分子（在人類稱為人類白血球抗原, Human Leukocyte Antigen, HLA）的差異。

   • HLA 差異： 每個人的 HLA 分子高度多樣化，是人體識別自身與非自身的關鍵標記。捐贈者和受贈者之間的 HLA 分子如果存在差異，免疫系統就會將移植的器官識別為外來抗原。
   • 非 HLA 抗原： 除了 HLA 外，其他表面抗原（如 ABO 血型抗原、微量組織特異性抗原）的差異也可能引起排斥，但 HLA 的不匹配是引起最嚴重的、最迅速的排斥反應的主要原因。
   • 免疫系統的辨識： 免疫系統的 T 細胞（特別是細胞毒性 T 細胞 CTL, CD8+ T cell）和輔助 T 細胞（helper T cell, CD4+ T cell）能夠識別這些異體的 HLA 分子。

2. 免疫系統所扮演的角色：
   免疫系統在器官移植中扮演雙重角色：一方面是保護宿主免受外來病原體的侵害，另一方面卻是引起移植排斥的主要「敵人」。

   • 抗原呈遞細胞 (Antigen-Presenting Cells, APCs)： 來自移植器官的 APCs（如樹突狀細胞、巨噬細胞）會攜帶異體 HLA 分子進入宿主的淋巴組織，並呈遞給 T 細胞。
   • T 細胞的活化：
     • 直接辨識途徑 (Direct pathway)： 宿主的 T 細胞直接識別移植器官細胞表面的異體 HLA 分子。
     • 間接辨識途徑 (Indirect pathway)： 宿主的 APCs 攝取移植器官的細胞碎片，將其中的異體 HLA 分子處理成胜肽，然後與自身的 HLA 分子一起呈遞給 T 細胞。
   • B 細胞的活化與抗體產生： T 輔助細胞可以幫助 B 細胞分化為漿細胞，產生針對異體 HLA 分子或其他抗原的抗體。
   • 細胞毒性 T 細胞 (CTLs) 的作用： 活化的 CTLs 會直接攻擊移植器官的細胞，破壞其結構和功能，導致細胞死亡。
   • 補體系統的活化： 抗體與移植器官細胞表面的抗原結合後，可能激活補體系統，進一步損傷移植器官。
   • 發炎反應： 免疫細胞釋放的細胞激素 (cytokines) 會引起局部發炎，吸引更多免疫細胞聚集，加劇損傷。
   • 排斥反應的類型：
     • 超急性排斥 (Hyperacute rejection)： 發生在移植後數分鐘至數小時內，通常是預先存在的抗體（如 ABO 血型抗體）快速結合移植器官血管內皮細胞上的抗原，導致血管栓塞。

本題考查一種特殊的細菌——黴漿菌 (Mycoplasma) 的生物學特性及其致病性。黴漿菌因其缺乏細胞壁的特殊性，在細菌學上具有獨特地位。

核心觀念： 黴漿菌的形態、結構、生長特性、致病機制及相關疾病。

詳解：

黴漿菌 (Mycoplasma) 是一類非常特殊的細菌，它們在細菌分類學上屬於黴漿菌綱 (Mollicutes)。

1. 黴漿菌的特色：

   • 缺乏細胞壁 (Lack of cell wall)： 這是黴漿菌最顯著的特徵。與絕大多數細菌（特別是革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌）不同，黴漿菌沒有堅硬的細胞壁結構（如肽聚醣層）。這使得它們的形態非常多樣，沒有固定的形狀，呈多形性 (pleomorphic)，常見的有球狀、絲狀、桿狀等。
   • 最小的自由生存細菌： 黴漿菌是已知最小的能夠獨立生存的細菌，直徑約 0.2-0.3 微米 (µm)。
   • 細胞膜結構： 由於缺乏細胞壁，它們的細胞膜是其最外層結構，且細胞膜上富含膽固醇 (cholesterol)，這在細菌中是罕見的（絕大多數細菌細胞膜不含膽固醇），這也是為何它們在實驗室培養時需要添加血清（含膽固醇）的原因。
   • 專性寄生 (Obligate intracellular parasites)： 絕大多數黴漿菌是專性或兼性細胞內寄生菌，依賴宿主細胞提供必需的營養物質（如固醇、脂肪酸、核苷酸等）。
   • 培養特性： 在固體培養基上，黴漿菌的菌落呈「煎蛋狀」(fried-egg appearance)，中心凹陷，邊緣隆起。它們生長緩慢，需要特殊的培養基和培養條件。
   • 對抗生素的敏感性： 由於缺乏細胞壁，黴漿菌對那些作用於細胞壁合成的抗生素（如盤尼西林、頭孢菌素等 β-內醯胺類抗生素）不敏感，但對抑制蛋白質合成（如四環黴素、大環內酯類）或核酸合成的抗生素敏感。

2. 感染後所導致的疾病：
   不同的黴漿菌種類可以引起人類和動物的各種疾病，其中最常見的是與呼吸道和泌尿生殖系統感染相關的。

   • Mycoplasma pneumoniae：
     • 特色： 這是引起人類呼吸道感染的最重要病原體之一。

本題聚焦於一種常見且重要的病毒病原體：水痘帶狀泡疹病毒 (VZV)。需要掌握其病毒學特性以及其在人體內引起兩種不同疾病的模式。

核心觀念： VZV 的病毒結構、複製週期、傳播途徑、致病機制，以及水痘與帶狀泡疹的關聯。

詳解：

水痘帶狀泡疹病毒 (Varicella-Zoster Virus, VZV) 是一種屬於疱疹病毒科 (Herpesviridae) 的 DNA 病毒，它只感染人類，是引起水痘 (chickenpox) 和帶狀泡疹 (shingles) 的病原體。

1. VZV 的特色：

   • 病毒結構： VZV 是一種有外套膜 (enveloped) 的雙股線性 DNA 病毒。其基因組約有 125,000 個鹼基對。
   • 分類： 屬於 α-疱疹病毒亞科，具有快速複製和易於潛伏的特性。
   • 傳播途徑： 主要通過飛沫傳播（咳嗽、打噴嚏）和接觸傳播（接觸受感染者皮膚上的水泡液）。VZV 具有高度傳染性。
   • 感染途徑： 病毒首先感染鼻咽部的上皮細胞，然後進入血液循環（病毒血症, viremia），導致全身性感染。
   • 潛伏感染： VZV 感染後，病毒不會被完全清除，而是會潛伏在宿主的神經節細胞（特別是感覺神經節，如背根神經節）中。
   • 再活化： 在宿主免疫力下降時（如年老、壓力、免疫抑制治療等），潛伏的 VZV 可能會從神經節再活化，沿著神經軸突逆行至皮膚，引起帶狀泡疹。

2. 感染後所導致的疾病：
   VZV 感染人體後主要引起兩種截然不同的疾病表現，這取決於個體是初次感染還是病毒再活化。

   • 水痘 (Varicella, Chickenpox)：
     • 發生情況： 通常發生在兒童的初次感染。

本題考查一種重要的原蟲感染：弓漿蟲病 (Toxoplasmosis)。重點在於理解弓漿蟲的生命週期、感染途徑以及對人類健康的影響，特別是對於特定族群的風險。

核心觀念： 弓漿蟲的生命週期（中間宿主與終宿主）、主要的傳播途徑、弓漿蟲感染對不同人群（免疫正常者、免疫低下者、孕婦）的影響。

詳解：

剛地弓漿蟲 (Toxoplasma gondii, 簡稱弓漿蟲) 是一種廣泛分布的單細胞原生動物寄生蟲，可感染幾乎所有溫血動物，包括人類。

1. 弓漿蟲的宿主：
   弓漿蟲具有複雜的生命週期，涉及兩種主要的宿主：

   • 終宿主 (Definitive host)： 貓科動物（包括家貓、野貓等）。弓漿蟲在貓的腸道內進行有性生殖，產生卵囊 (oocyst)，卵囊隨貓的糞便排出體外。
   • 中間宿主 (Intermediate host)： 所有溫血動物，包括人類、鳥類、囓齒動物、豬、羊、牛等。在中間宿主體內，弓漿蟲以包囊 (cyst) 的形式（組織包囊, tissue cyst）存在於肌肉、腦、心臟等組織中。

2. 傳播途徑：
   人類感染弓漿蟲主要是通過以下途徑：

   • 食入被污染的食物或水： 這是最主要的傳播途徑。
     • 食入含有弓漿蟲卵囊的糞便污染的食物或水： 例如，處理過貓糞便的物品（如貓砂盆）未洗手，接觸了食物或飲水。
     • 食入含有弓漿蟲組織包囊的未煮熟的肉類： 這是另一個非常重要的途徑。如果食用了未徹底煮熟的豬肉、羊肉、牛肉或野味，其中可能含有弓漿蟲組織包囊，人體攝入後，包囊內的弓漿蟲會釋放出來。
   • 母嬰傳播 (Congenital transmission)： 孕婦在懷孕期間初次感染弓漿蟲，病毒可以通過胎盤傳染給胎兒，造成先天性弓漿蟲病。
   • 器官移植或輸血： 較少見，但如果捐贈者的器官或血液含有弓漿蟲包囊，受者可能被感染。
   • 實驗室意外感染： 醫護或實驗室人員在處理感染性材料時可能意外感染。

3. 感染人類所造成的疾病：
   弓漿蟲感染對人類健康的影響差異很大，取決於感染者的免疫狀態和感染時間。

   • 免疫功能正常的成人：