弧菌 (Vibrio spp.) 在遺傳演化的分類上是屬於在原核生物界 (Kingdom Monera)，變形菌門 (Phylum Proteobacteria)，丙型變形菌綱 (Class Gammaproteobacteria)，弧菌目 (Order Vibrionales)，弧菌科 (Family Vibrionaceae) 下，種類至少有 50 種以上。所有的弧菌都是屬 於革蘭氏陰性 (Gram-negative) 的兼性厭氧菌，可以同時具有執行發 酵以及呼吸代謝的能力，顧名思義，其被稱為弧菌即是因為這類細菌 在形態上皆為長1.4~1.6 µm、寬 0.5~0.8 µm 的弧狀或桿狀，在培養液 中可以靠著單極鞭毛 (single polar flagellum) 來移動，此外，大部分 的弧菌都具有氧化酶 (oxidase-positive)，可以利用 D-glucose 當作單 獨或主要的碳及能量的來源 [1]，另外，利用銨鹽當作氮源。
絕大多數的弧菌都是嗜鹽性的微生物，鈉離子的存在可刺激其生 長，而且在其生長時需要大範圍的鹽濃度說明了弧菌可以生存於各種 不同的鹽度中 [2]，像 V. cholerae 和 V. metschnikovii 就曾由淡水及鹹 水中分離出來，而 V. costicola 甚至需要存活於高鹽濃度下；另外，弧 菌對酸有高敏感度，必須在中性至鹼性的pH 值 (pH 7~9)下才具有良 好的生長條件。
目前已知能夠感染人類並引發疾病的弧菌至少有二十種 [3]，另 外有幾種對海洋中脊椎和無脊椎動物也具有致病性 [4]，而這些對水 棲動物具致病性的菌株是非常重要且具研究價值的，因為嚴重的弧菌 感染有可能會被帶入養殖池中造成經濟上的損失 [5]。
在溫帶及熱帶地區，弧菌存在於海水、海岸及其他含鹽份的水 中，並可依附在非生物或水中有機生物的表面上，而主要影響弧菌分 布的因素為水溫、鹽度和營養源的利用能力，另外，也和海洋的有機 生物相關，其中以水溫為調節致病性弧菌分布的最主要因素，這也說 明了為何弧菌在美國、亞洲及歐洲分佈會如此不同的原因 [6, 7]。
弧菌在生態學上和海水中具甲殼質的軟體動物以及貝類有關，因 為在海水中和其有關聯的弧菌存活時間會比單獨存在 (free-live cell) 海水中的來得長，這說明了軟體動物和海水中有機生物扮演著重要的 儲存宿主角色 [8, 9]，正因為如此，所以人類遭受感染常是經由攝取 了遭受弧菌汙染的食物或水，通常為生的魚肉或海鮮，以及經由傷口 暴露在海水或有海洋動物的環境中而遭受感染 [10, 11]。
弧菌大致來看可以分為兩類，一類是霍亂弧菌，另一類是非霍亂 弧菌。霍亂弧菌會引發霍亂造成非常劇烈的脫水性腹瀉，若無法及時 給予藥物治療的話，甚至會造成死亡 [12]，自 1817 年以來，已有七 次的大流行發生，而目前則只有在亞洲和非洲某些地區有區域性的流 行，以及在美洲和澳洲有少數零星的病例發生，絕大多數的傳播媒介 是經由遭人類排泄物所污染的水傳播；反觀另一類具致病力的非霍亂 弧菌，所引發的疾病通常是經由傷口的暴露或魚類和海鮮食物的攝取 所造成，而其病例遍佈已開發或開發中國家，包括有亞洲、歐洲、澳 洲、中東地區、北美洲和南美洲 [13]。
弧菌的感染主要會造成三種臨床症狀：腸胃炎、原發性敗血症和 傷口感染(表 1-1) [10]，腸胃炎和原發性敗血症通常是由於攝取遭汙 染的生海鮮或貝類所造成，腸胃炎一般會伴隨著腹瀉、嘔吐和腹痛，
可由糞便檢體中分離出弧菌病原體，需要給予抗生素治療。
表1-1 和致病性弧菌相關的三種主要臨床症狀
V. parahaemolyticus 及 V. cholerae non-O1 常和腸胃炎的發生有 關，其中 V. parahaemolyticus 的致病力一般認為和熱穩定性溶血素 (thermostable direct haemolysin, TDH) 的產生有關，而 TDH 會造成人 類 紅 血 球 有 β 溶 血 現 象 ( β haemolysis) ， 這 個 現 象 又 稱 做 為 Kanagawa phenomenon [14]，除此之外的可能致病因子還包括有多醣 類莢膜 (polysaccharide capsule)、TDH-related haemolysin (TRH)、細 胞毒素和黏附性因子 [15]；至於 V. cholerae non-O1 則會產生幾種細 胞外毒素如cholera-like toxin。
第二種症狀—原發性敗血症是一種系統性的疾病，是因為細菌經 由肝門靜脈或腸部淋巴系統進入血管中所造成，一般會伴隨有發燒、
低血壓、疲憊、發冷、間斷性的腹痛、嘔吐和腹瀉 [16]。其中最常 由血液中分離出來的就是 V. vulnificus，其毒性因子包含有多醣性莢
膜、溶血素、彈性蛋白酶 (elastase)、膠原蛋白酶 (collagenase)、脂肪 酶 (lipase) 和蛋白酶 (protease) ，另外，從轉鐵蛋白 (transferrin) 獲 取鐵的能力也是其致病的決定因素之ㄧ，一般人很少會引發敗血症，
通常是本身帶有慢性疾病像肝臟或腎臟病、糖尿病和惡性腫瘤的人危 險性較大 [10, 17]，雖然疾病的發生率低，但由於其高死亡率 (大於 50%)使得其在醫學上具有很大的重要性。
最後一種症狀—傷口感染是一種腸外的疾病，是因為原本存在的 傷口在接觸海水或其他的海洋生物後而遭感染，可以從感染者的傷 口、血液以及其他原本應該是無菌狀態的部位中分離出弧菌，其中以 Vibrio vulnificus 的感染較為嚴重，是最猛烈及快速能使人致死的致病 菌，感染後會有傷口水腫、紅斑及起水泡的情形發生，死亡率約為 20%~30%。
另一方面，弧菌對於養殖業來說也是很重要的致病菌，其中 V.
anguillarum、V. salmonicida 和 V. vulnificus 是數種魚類的主要致病原 [18]，而 V. harveyi 的致病性則主要針對蝦子，包括有白蝦 (litopenaeus vannamei) 和草蝦 (penaeus monodon)，根據文獻記載其致病力又和噬 菌體的存在與否有關 [19]。另外，弧菌的感染對處於幼苗期的養殖 魚蝦影響很大，常會使其大量死亡，而感染魚類的方式大致分為三個 階段 [18]：首先病菌先滲透進入宿主組織中，接著侵占宿主中鐵的 運輸製造系統，最後藉著細胞外的產物像溶血素和蛋白酶來損害魚 體。菲律賓的蝦子養殖業就曾在1992~1994 年間遭逢弧菌感染，造成 60%的蝦子死亡損失十分慘重 [20]，又像台灣曾經有草蝦王國的美 譽，在 1987 年養殖量達到最高峰年產量有 8 萬公噸之多，但 1987 年 後產量驟減，1988 年的產量還不到 1987 年產量的一半，主要就是受
到弧菌及蝦白點病毒感染之故，導致草蝦的肝胰臟發炎萎縮，進而妨 礙其生長甚至死亡，也使得台灣的草蝦養殖瀕臨崩盤，因此，了解及 探討弧菌的致病因子或機制對於人類或是海洋生物的疾病預防都很 具重要性。
1-1-1 弧菌症 (Vibriosis)
海 洋 生 物 和 近 海 魚 類 在 遭 受 弧 菌 的 感 染 後 會 引 發 弧 菌 症 (Vibriosis)，這是一種系統性的細菌感染疾病 [21]，早在幾個世紀前 就被發現，目前已知最早的流行發生在 1500 年的義大利海岸邊，此 症 在 之 前 又 被 叫 作 red boil 、 red pest 、 red plague 或 saltwater furunculosis。魚類感染後依症狀可分為兩型，一為皮膚炎型，另一種 為腸炎型，皮膚炎型的感染通常會在魚體表面形成潰瘍，不論是頭 部、軀幹或鰭部都有可能發生，而腸炎型的感染由體表則完全看不出 病變，但經解剖後會發現在腸部會有發炎、出血的現象，嚴重時甚至 會有腸黏膜壞死或在肝、胰、腎臟形成潰瘍的情形發生，最後死於敗 血症中，而蝦類在遭受感染後，則會在其鰓絲上出現小黑點，經解剖 後會發現其中腸腺腫脹及淋巴系統的壞死，由於此症的發生遍佈全 球，並且致死率又十分高，因此常造成養殖工業的經濟嚴重損失。
由於弧菌的感染危害人類健康和養殖漁業的發展，因此近年來有 更多的學者投入此領域，期望進一步了解致病機制、疾病預防、菌種 的檢測和疫苗開發，藉以改善及避免弧菌之感染而提昇人類的生活品 質。
1-1-2 毒性因子
根據文獻，細菌的毒性因子依照其毒性機制與功能可粗略分為兩 類分別是內毒素 (endotixin) 和外毒素 (exotoxin)。
內毒素 (endotixin) 和細菌的脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS) 只存在於革蘭氏陰性菌中，在宿主中會活化宿主的補體系統並快速的 引發發炎反應，LPS 是細菌外膜的成分之一，由三個部份所組成，一 個是固定在外膜上的毒性脂質 (Lipid A)，一個是會引發免疫反應的 多醣體 (polysaccharide core)，另一個則是 O 特異性多醣鏈(O-specific polysaccharide chain) (圖 1-1)；內毒素對於大多數的哺乳類動物來說 都是深具毒性的，尤其當濃度過高時會具有致死性，特別的是當 LPS 被釋放至宿主的循環系統中時，會促使 LPS 與 LPS-結合蛋白結合形 成 LPS-binding complex，而這個複合物會和單核白血球 (monocyte) 及巨噬細胞 (macrophage) 上的 CD14 受體 (CD14 receptor) 有交互 作用，進而促使和發炎反應相關的細胞激素 (cytokine) 釋放出來，最 後造成補體系統和凝血階梯式 (coagulation cascades) 反應的活化 [22]。
圖 1-1 細菌的脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS) 分子的圖示 [23]
外毒素 (exotoxin) 是由活的致病菌所分泌，皆具有很強的抗原 性，有些作用在宿主的表面是利用 subunit B 和膜上的受體結合在膜 上，之後再將毒素的另一個部分 (subunit A) 直接運送至細胞質中 [24]。此外，外毒素另一種作用的形式可以直接結合在膜上並形成孔 洞，而且一些外毒素還可以根據其生物活性在適當的細胞中結合在一 起而發展為leukotoxin、神經毒 (neurotoxin) 或其他的毒素。
當宿主內的含鐵量太低時並不適合細菌的生長，但細菌發展了一 些系統來解決這個問題，像他們能夠和血紅素、鐵蛋白及轉鐵蛋白有 很強的結合能力即是一個很好的例子，因此鐵的濃度就成了細菌感染 的限制因子，而海洋中的細菌通常會產生siderophore，這是一種低分 子量的蛋白質，和鐵三價有很高的親和力可以形成螯合物以競爭有限 的營養源，並且可以經由辨識膜上的受體及運輸系統來達到調解鐵質 攝取的目的，另外，細菌的致病力必須仰賴由宿主中獲取鐵質，使得 其可增殖至足夠的數量來引發疾病，現在已知除了 siderophore 系統 外，還有血紅素結合蛋白和hemin 結合蛋白也和鐵質的攝取相關 [25, 26]，像 V. alginolyticus、V. fluvialis 和 V. parahaemolyticus 就是利用血 紅素和hemin 作為鐵質的來源。
溶血素 (haemolysin) 一直以來一直被認為是弧菌中最重要的毒 性因子，依據其於含血培養盤上溶血的情形可大致分為三類，分別為 具半溶血性質的α 型溶血素、具全溶血性質的 β 型溶血素以及不溶血 的 γ 型 溶 血 素 。 1965 年 Kato 從 病 人 糞 便 檢 體 中 分 離 出 的 V.
paraheamolyticus ，發現在 Wagatsum medium 上具有溶血素的活性，
並確認了其中包含有 TDH、TRH、熱不穩定性溶血素 (thermolabile