1、致病物质：白喉外毒素是主要致病物质。此外，还有索状因子和K抗原。
（1）白喉外毒素：是由相对分子质量63000的单一肽组成的蛋白质，分A、B两个肽链经二硫键连接而成。A片段带有毒素的活性部分，能抑制易感细胞蛋白质的合成；B片段本身无毒性，但能吸附于易感细胞膜上，以协助A片段进入易感细胞内。其毒素作用机制是细胞内蛋白质合成过程中，需要延伸因子1（EF1）和延伸因子2（EF2）。当白喉外毒素A片段进入细胞后可促使辅酶I（NAD）上的腺苷二磷酸核糖（ADPR）与EF2结合，结果EF2失活，抑制氨基酸转移至肽链，阻断了宿主细胞蛋白质合成，引起组织坏死和病变。因此白喉毒素是一种毒性强、抗原性强的蛋白质。能产生白喉外毒素的白喉棒状杆菌，是被β-棒状杆菌噬菌体侵袭的白喉棒状杆菌，其带有编码外毒素的tox基因，因而具有产生 白喉外毒素的能力。
（2）索状因子：为细菌表面的一种毒性糖脂，即海藻糖-6-6双分枝菌酸。它能破坏细胞的线粒体，影响细胞的呼吸与磷酸化。
（3）K抗原：细胞壁外面的一种不耐热糖蛋白，此抗原有利于细菌在黏膜表面定植，具有抵抗 白细胞吞噬的作用。
2、所致疾病：白喉棒状杆菌存在于白喉病人及带菌者的假膜及鼻咽腔或鼻分泌物内，经飞沫传染，也可经污染物品或饮食而传播。白喉棒状杆菌侵入易感者上呼吸道，通常在鼻咽腔黏膜生长繁殖，并分泌外毒素及侵袭性物质，引起鼻咽腔局部炎症和全身中毒症状。由于细菌和毒素对鼻咽腔局部的作用，使局部黏膜上皮细胞发生坏死，血管扩张，粒细胞浸润及纤维渗出，形成灰白色膜状物称为假膜，导致白喉病。临床上常见有咽白喉、喉白喉、也可发生鼻白喉等。若病损进一步扩展至喉部或气管内，可引起呼吸道阻塞，甚至窒息。细菌一般不侵入血流，但外毒素可被吸收入血，迅速与易感组织细胞结合，使心肌、肝、肾和肾上腺等发生退行性病变，并可侵犯腭肌和咽肌的周围神经细胞，临床上出现心肌炎和软腭麻痹、声嘶、肾上腺功能障碍，血压下降等症状。此外，白喉棒状杆菌偶有侵害眼结膜、外耳道、阴道黏膜和皮肤伤口等处。
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