1、致病物質：白喉外毒素是主要致病物質。此外，還有索狀因子和K抗原。
（1）白喉外毒素：是由相對分子質量63000的單一肽組成的蛋白質，分A、B兩個肽鏈經二硫鍵連接而成。A片段帶有毒素的活性部分，能抑製易感細胞蛋白質的合成；B片段本身無毒性，但能吸附於易感細胞膜上，以協助A片段進入易感細胞內。其毒素作用機製是細胞內蛋白質合成過程中，需要延伸因子1（EF1）和延伸因子2（EF2）。當白喉外毒素A片段進入細胞後可促使輔酶I（NAD）上的腺苷二磷酸核糖（ADPR）與EF2結合，結果EF2失活，抑製氨基酸轉移至肽鏈，阻斷了宿主細胞蛋白質合成，引起組織壞死和病變。因此白喉毒素是一種毒性強、抗原性強的蛋白質。能產生白喉外毒素的白喉棒狀杆菌，是被β-棒狀杆菌噬菌體侵襲的白喉棒狀杆菌，其帶有編碼外毒素的tox基因，因而具有產生 白喉外毒素的能力。
（2）索狀因子：為細菌表麵的一種毒性糖脂，即海藻糖-6-6雙分枝菌酸。它能破壞細胞的線粒體，影響細胞的呼吸與磷酸化。
（3）K抗原：細胞壁外麵的一種不耐熱糖蛋白，此抗原有利於細菌在黏膜表麵定植，具有抵抗 白細胞吞噬的作用。
2、所致疾病：白喉棒狀杆菌存在於白喉病人及帶菌者的假膜及鼻咽腔或鼻分泌物內，經飛沫傳染，也可經汙染物品或飲食而傳播。白喉棒狀杆菌侵入易感者上呼吸道，通常在鼻咽腔黏膜生長繁殖，並分泌外毒素及侵襲性物質，引起鼻咽腔局部炎症和全身中毒症狀。由於細菌和毒素對鼻咽腔局部的作用，使局部黏膜上皮細胞發生壞死，血管擴張，粒細胞浸潤及纖維滲出，形成灰白色膜狀物稱為假膜，導致白喉病。臨床上常見有咽白喉、喉白喉、也可發生鼻白喉等。若病損進一步擴展至喉部或氣管內，可引起呼吸道阻塞，甚至窒息。細菌一般不侵入血流，但外毒素可被吸收入血，迅速與易感組織細胞結合，使心肌、肝、腎和腎上腺等發生退行性病變，並可侵犯齶肌和咽肌的周圍神經細胞，臨床上出現心肌炎和軟齶麻痹、聲嘶、腎上腺功能障礙，血壓下降等症狀。此外，白喉棒狀杆菌偶有侵害眼結膜、外耳道、陰道黏膜和皮膚傷口等處。
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