肠道细菌和内毒素
在革兰氏染色阴性的细菌的外膜上有一个由脂类和多糖组成的大分子叫脂多糖。脂多糖是革兰氏阴性菌外膜的主要成分，对革兰氏阴性菌的结构完整性起着重要作用，并能保护外膜免受某些化学物质的攻击。脂多糖是一种可以引起发炎的分子，又称内毒素。当脂多糖进入血液，引起全身发炎，叫做内毒素血症。科学家常把脂多糖和内毒素做为同义描述。不同细菌的脂多糖的详细结构不同，这表明细菌，特别是某些病原体中存在着能改变脂多糖基本结构的酶。脂多糖的这些结构修饰有时受到严格调控。它们不是生存所必需的，但与细菌的毒力密切相关。在体内脂多糖可通过细胞上一种叫做CD14/TLR4/MD2受体复合物结合被免疫细胞识别为病原体相关分子。美国免疫学家Bruce Beutler博士因其证明TLR4是脂多糖受体的工作而获得2011年诺贝尔生理学或医学奖。
脂多糖作为内毒素，激活炎性细胞和免疫细胞，如单核细胞、树突状细胞、巨噬细胞和B细胞中，促进促炎细胞因子，以及促进一氧化氮和花生酸的分泌。脂多糖还是细胞应激反应的一部分和是一种外源性热原的发热物质。脂多糖的这些作用在炎症和免疫激活中起重要作用。脂多糖还产生多种参与感染性休克的介质。人类比其他动物对脂多糖更敏感。一剂μg/kg会导致人体休克，但小鼠的耐受剂量是人的1000倍。这可能与两个物种之间循环天然抗体水平的差异有关。
内毒素在很大程度上是引起革兰氏阴性菌感染的显著临床表现的原因，例如脑膜炎奈瑟菌，它是引起脑膜炎球菌疾病的病原体，包括脑膜炎球菌血症、Waterhouse-Friderichsen综合征和脑膜炎。
研究发现，造血干细胞可以通过与TLR4的结合直接感受到脂多糖，使它们在全身感染时增殖。这种反应激活了造血干细胞增殖性应激，从而削弱其竞争性再增殖能力。
当脂多糖进入血液称为内毒素血症。如果免疫反应严重，会导致感染性休克肠源性内毒素血症，尤其是宿主-病原体界面的内毒素血症，被认为是酒精性肝炎发生的一个重要因素。研究表明可能是由于小肠细菌过度生长综合征和肠道通透性增加而发生的。
脂多糖可导致哺乳动物免疫系统不受控制的激活，产生炎症介质。这些炎症介质对血管内皮层造成的损伤介质会导致毛细血管渗漏综合征，血管扩张，心功能下降，可导致感染性休克。细菌在血液内大量繁殖引发破坏性内皮损伤，也可导致弥散性血管内凝血。由于供血不足，某些内脏器官如肾脏、肾上腺和肺功能丧失。皮肤可以显示血管损伤的影响，通常伴随着凝血因子的消耗，表现为瘀斑、紫癜和瘀斑。四肢也可能受到影响，有时会产生毁灭性的后果，如坏疽，需要随后截肢。肾上腺功能丧失可导致肾上腺功能不全，肾上腺额外出血可导致Waterhouse-Friderichsen综合征，两者都可能危及生命。
另据报道，淋菌性输卵管阻塞可对人类输卵管造成损害
脂多糖激活自身免疫，引起基于自身免疫的宿主反应，如多发性硬化症的发作。幽门螺杆菌和空肠弯曲杆菌上的脂多糖会引起人类胃肠道疾病，杜克雷嗜血杆菌的脂多糖引起一种性病软下疳。小肠里的脂多糖还会与格林-巴利综合征和格林-巴利的一个变种米勒-费希尔综合征有关。
流行病学研究表明，内毒素负荷增加，这可能是由于肠道内产生内毒素的细菌数量增加，与某些肥胖相关的患者群体相关。其他研究表明，从大肠杆菌中纯化的内毒素可以诱导肥胖和胰岛素抵抗。一项研究发现阴沟肠杆菌B29对肥胖和胰岛素抵抗有潜在的促进作用人类患者的胰岛素抵抗。内毒素与肥胖相关的假定机制是内毒素诱导炎症介导的途径，造成肥胖和胰岛素抵抗，产生2型糖尿病。与内毒素相关肥胖效应相关的细菌属包括大肠杆菌和肠杆菌。
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