110 地方特考四等 衛生技術 醫用微生物及免疫學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查補體系統三條活化途徑中的替代途徑，以及其如何連結先天免疫與後天免疫。

替代途徑的特色是：

1. 不需要抗體即可啟動，屬於先天免疫的重要機制。
2. 以補體成分 C3 的自發性水解與 C3b 沉積為起點。
3. 可在細菌表面形成 C3 轉化酶，進一步產生大量 C3b，形成放大反應。
4. 最終造成細菌調理作用、發炎反應及膜攻擊複合體形成。
5. 雖然替代途徑本身屬於先天免疫，但可增強抗體作用、促進 B 細胞活化，因此參與先天免疫與後天免疫的銜接。

補體活化後的主要共同結果包括：

• C3b：調理作用，促進吞噬。
• C3a、C5a：促進發炎，其中 C5a 具有強烈的嗜中性球趨化作用。
• C5b-9：形成膜攻擊複合體（membrane attack complex, MAC），破壞細胞膜。

---

解題方法

本題適合依照「啟動機制 → 放大反應 → 效應功能 → 與兩類免疫的關係」作答。

先說明替代途徑如何在細菌表面形成 C3 轉化酶，再分別指出其在先天免疫與後天免疫中的功能，最後補充其作為兩者橋樑的角色。

---

一、替代途徑的活化機制

1. C3 的自發性水解

血液中的 C3 會持續發生低程度的自發性水解，產生具有活性的 C3b。此現象常稱為「tick-over」。

當 C3b 產生後，若沉積在細菌表面，便可與補體因子 B 結合：

$$C3b + B \rightarrow C3bB$$

接著，補體因子 D 將因子 B 切割成 Ba 與 Bb，其中 Bb 留在 C3b 上：

$$C3bB \xrightarrow{\text{Factor D}} C3bBb + Ba$$

因此，替代途徑的 C3 轉化酶為：

$$\boxed{C3bBb}$$

2. Properdin 穩定 C3 轉化酶

C3bBb 本身不穩定，properdin（因子 P）可與其結合並提高其穩定性：

$$C3bBb + P \rightarrow C3bBbP$$

穩定後的 C3 轉化酶可切割大量 C3：

$$C3 \xrightarrow{C3bBb} C3a + C3b$$

新產生的 C3b 可繼續形成更多 C3bBb，因而產生正回饋放大作用。

3. 形成 C5 轉化酶

當更多 C3b 沉積於細菌表面後，C3 轉化酶可進一步結合另一個 C3b，形成替代途徑的 C5 轉化酶：

$$\boxed{C3bBbC3b}$$

C5 被切割為：

$$C5 \rightarrow C5a + C5b$$

C5b 接著與 C6、C7、C8 及多個 C9 結合，形成膜攻擊複合體：

$$C5b-9$$

---

二、在先天免疫反應中的角色

1. 抗體非依賴性的快速防禦

替代途徑不需要先有特異性抗體，因此可在初次接觸細菌時立即發生，屬於先天免疫的快速反應。

細菌表面通常缺乏宿主細胞所具有的補體調節蛋白，且細菌表面的多醣、脂多醣及其他結構有利於 C3b 穩定沉積。因此，C3b 在細菌表面可持續累積並形成替代途徑的放大反應。

相對地，宿主細胞具有 factor H、factor I、DAF（CD55）、MCP（CD46）及 CD59 等調節機制，可抑制補體過度活化，避免自體組織受到傷害。

2. 細菌的調理作用

C3b 及其分解產物 iC3b 可附著在細菌表面，成為吞噬細胞的辨識標記。嗜中性球、巨噬細胞等吞噬細胞具有補體受體，例如 CR1、CR3，可辨認這些補體片段。

因此，替代途徑可：

• 增強細菌與吞噬細胞的黏附。
• 促進吞噬作用。
• 提高細菌被殺滅的效率。

這種由補體包覆病原體、促進吞噬的作用稱為調理作用（opsonization）。

3. 促進發炎反應

替代途徑所產生的 C3a 與 C5a 屬於過敏毒素（anaphylatoxins），可造成：

• 肥大細胞釋放組織胺。
• 血管通透性增加。
• 血管擴張。
• 發炎細胞募集。
• 嗜中性球趨化與活化。

其中 C5a 的發炎與趨化作用最強，可引導嗜中性球移向感染部位，協助清除細菌。

4. 膜攻擊複合體

C5b-9 可插入細菌細胞膜，形成跨膜孔洞，造成離子失衡與細胞裂解。

MAC 對具有外膜的革蘭氏陰性菌特別重要，例如部分奈瑟氏菌。對多數革蘭氏陽性菌而言，厚的肽聚糖細胞壁會降低 MAC 直接破壞細胞膜的效果，因此其主要防禦作用通常是 C3b 調理與 C5a 發炎反應。

5. 替代途徑的放大功能

核心觀念

本題考查流行病學中「新病例產生」與「現有病例存量」的差異，重點包括：

• 疾病發生率（incidence）：一段期間內新發生病例的頻率。
• 疾病盛行率（prevalence）：某一時間點或一段期間內，族群中已存在病例的比例。
• 分子、分母的組成不同。
• 發生率反映疾病發生的速度；盛行率反映疾病在族群中的疾病負荷。

一、疾病發生率 Incidence

疾病發生率只計算觀察期間內「新發生」的病例，分母則為具有發生該疾病風險的人口。

常見表示方式如下：

$$\text{累積發生率（cumulative incidence）} = \frac{\text{觀察期間內新發生病例數}} {\text{期初具有發病風險的人口數}} \times 10^n$$

若研究對象的追蹤時間不同，應使用發生密度或發生率：

$$\text{發生率（incidence rate）} = \frac{\text{觀察期間內新發生病例數}} {\text{所有研究對象之人時總和}} \times 10^n$$

其中人時可用人年、人月或人日表示。

發生率的分母必須排除研究開始前已罹病者，因為這些人已不屬於該疾病的「發病風險人口」。因此，發生率主要用於衡量疾病發生的危險性、發病速度及病因研究。

二、疾病盛行率 Prevalence

疾病盛行率計算某一時間點或期間內，族群中「所有已存在病例」，包括既有病例與新病例。

點盛行率（point prevalence）公式為：

$$\text{點盛行率} = \frac{\text{特定時間點的現有病例數}} {\text{該時間點的總人口數}} \times 10^n$$

期間盛行率（period prevalence）公式為：

$$\text{期間盛行率} = \frac{\text{一段期間內曾患病的所有病例數}} {\text{該期間的平均人口數或適當人口數}} \times 10^n$$

盛行率的分子包含該時點仍在患病中的病例，因此通常以總人口作為分母。盛行率反映某疾病在社會中的普遍程度、醫療需求及疾病負荷，適合用於醫療資源規劃。

三、發生率與盛行率的比較

比較項目	疾病發生率 Incidence	疾病盛行率 Prevalence
衡量內容	新發生病例	現有全部病例
分子	觀察期間內新病例數	特定時間點或期間內所有病例數

核心觀念

本題比較兩種呼吸道 RNA 病毒在三項病毒學特徵上的差異：

1. 核酸種類與基因組結構
2. 病毒在寄主細胞內進行複製的主要場所
3. 突變率及其造成的抗原變異特性

Influenza virus 屬於 Orthomyxoviridae（正黏液病毒科）；parainfluenza virus 屬於 Paramyxoviridae（副黏液病毒科）。

---

解題方法

先判斷兩者的病毒科，再依病毒科的典型特徵進行比較：

• Orthomyxoviridae：分節段、負股單股 RNA，複製過程需進入細胞核。
• Paramyxoviridae：非分節段、負股單股 RNA，複製主要在細胞質中進行。
• 兩者皆使用缺乏校對能力的 RNA-dependent RNA polymerase，因此突變率皆高；在傳統考試比較中，influenza virus 的抗原變異及族群演化速率通常列為較高。

---

三項特徵比較

比較項目	Influenza virus	Parainfluenza virus
病毒科	Orthomyxoviridae	Paramyxoviridae
核酸種類	負股單股 RNA，分節段	負股單股 RNA，非分節段
基因組節段	Influenza A、B 通常為 8 個 RNA 節段	單一條非分節段 RNA
複製場所	細胞核	細胞質
突變率	高，考試比較通常列為較高	高，但相較 influenza virus 通常列為較低
重要變異方式	Antigenic drift 與 antigenic shift	主要為 antigenic drift，無 influenza A 式的基因組重組換段

---

1. 核酸種類

Influenza virus

Influenza virus 的基因組是：

• 負股單股 RNA（negative-sense single-stranded RNA，$-$ssRNA）
• 基因組呈現分節段結構
• Influenza A、B 的基因組通常分為 8 個 RNA 節段

負股 RNA 不能直接作為 mRNA 使用，必須先由病毒攜帶的 RNA-dependent RNA polymerase 轉錄成正股 mRNA，供寄主細胞翻譯病毒蛋白。

分節段結構是 influenza virus 的重要考點，因為不同病毒株同時感染同一細胞時，RNA 節段可重新組合，形成 reassortment（基因組重組換段）。

Parainfluenza virus

Parainfluenza virus 的基因組是：

• 負股單股 RNA
• 非分節段（non-segmented）
• 通常為單一條大型 RNA 分子

因此，parainfluenza virus 不具 influenza virus 那種由多個 RNA 節段重新排列所形成的基因組重組換段現象。

判斷重點

兩者在「核酸種類」上相同，都是負股單股 RNA 病毒；真正的差異在於：

• Influenza virus：分節段
• Parainfluenza virus：非分節段

---

2. 病毒複製場所

Influenza virus：細胞核

Influenza virus 的 RNA 複製與轉錄主要在寄主細胞細胞核中進行。

這是 RNA 病毒中的重要例外。多數 RNA 病毒主要在細胞質複製，但 influenza virus 必須利用細胞核中的部分機制，且其 mRNA 轉錄具有 cap-snatching 特徵：病毒聚合酶會截取寄主細胞 mRNA 的 5′端帽結構，作為病毒 mRNA 的引子。

因此，看到 influenza virus 時，複製場所應直接聯想到：

細胞核（nucleus）

Parainfluenza virus：細胞質

Parainfluenza virus 的轉錄與 RNA 複製主要在細胞質中完成。

病毒本身攜帶 RNA-dependent RNA polymerase，能在細胞質內進行：

核心觀念

本題考查三種重要外毒素的「產毒菌、毒素結構、細胞受體、細胞內作用標的及臨床傷害結果」。作答時應依下列順序說明：

$$\text{病原菌} \rightarrow \text{毒素結構與受體} \rightarrow \text{細胞內標的} \rightarrow \text{細胞功能障礙}$$

外毒素多為細菌分泌的蛋白質毒素，常具有：

• B 亞單位（binding）：負責與寄主細胞受體結合。
• A 亞單位（active）：進入細胞後產生酵素性毒性作用。

三者的高頻辨識重點如下：

外毒素	主要作用標的	直接結果
Diphtheria toxin	eEF-2	抑制蛋白質合成
Cholera toxin	Gsα、adenylate cyclase、cAMP	大量分泌氯離子與水分
Botulinum toxin	SNARE 蛋白	抑制乙醯膽鹼釋放

---

解題方法

逐一說明每種毒素的產生菌，再依「進入細胞方式—分子作用機制—細胞及臨床結果」完整作答。此題並非只需背誦毒素名稱，得分關鍵在於寫出毒素所破壞的細胞功能。

---

一、Diphtheria toxin（白喉毒素）

產生病原菌

由具有產毒性噬菌體所攜帶之 tox 基因的 Corynebacterium diphtheriae（白喉棒狀桿菌）產生。也就是說，並非所有白喉棒狀桿菌菌株都能產生白喉毒素，通常須經 β 噬菌體溶原化而取得 tox 基因。

毒素結構與進入細胞

Diphtheria toxin 為典型的 AB 型外毒素：

• B 片段與寄主細胞表面的 heparin-binding EGF-like growth factor receptor（HB-EGF receptor，亦稱 diphtheria toxin receptor）結合。
• 毒素經受體媒介的胞吞作用進入細胞。
• 內體酸化後，毒素構形改變，使 A 片段進入細胞質。

分子作用機制

A 片段具有 ADP-ribosyltransferase 活性，利用 NAD 作為基質，將 ADP-核糖加到真核細胞延長因子 2（eukaryotic elongation factor-2，eEF-2）上。

$$\text{Diphtheria toxin}+\text{NAD} \rightarrow \text{ADP-ribosylated eEF-2}$$

eEF-2 被修飾後無法參與核糖體轉位作用，因此抑制蛋白質合成，最後造成細胞死亡。

寄主傷害

• 局部咽喉上皮細胞壞死，形成白喉特有的灰白色假膜。
• 毒素進入血液後，可傷害心肌及神經細胞，造成心肌炎、神經炎等全身性併發症。

必背關鍵句

白喉毒素 ADP-核糖化 eEF-2，抑制蛋白質合成。

---

二、Cholera toxin（霍亂毒素）

產生病原菌

由具產毒能力的 Vibrio cholerae（霍亂弧菌）產生，主要與 O1 及 O139 血清群有關。其毒素基因 ctxAB 位於可溶原化的 CTXφ 噬菌體相關遺傳單位中。

毒素結構與細胞結合

Cholera toxin 為 AB5 型外毒素：

• 一個 A 亞單位負責酵素性毒性作用。
• 五個 B 亞單位形成環狀結構，與小腸上皮細胞表面的 GM1 ganglioside 結合。
• A 亞單位進入細胞後，A1 片段產生主要毒性作用。

分子作用機制

A1 片段具有 ADP-ribosyltransferase 活性，將 ADP-核糖加到異三聚體 G 蛋白的 Gsα。此作用使 Gsα 的 GTPase 活性受到抑制，使其持續保持活化狀態。

$$\text{Cholera toxin} \rightarrow \text{Gsα 持續活化} \rightarrow \text{adenylate cyclase 持續活化} \rightarrow \uparrow \text{cAMP}$$

細胞內 cAMP 大量增加後，活化小腸上皮細胞的 CFTR 氯離子通道，造成氯離子大量分泌至腸腔；鈉離子及水分隨之移動至腸腔。