光学显微镜下可见幽门螺杆菌为一种革兰阴性，S形或弧形弯曲的细菌。在相差显微镜下可见典型的螺旋或弧形弯曲的细菌，长2.5～4.0μm，宽0.5～1.0μm。幽门螺杆菌在胃黏膜上皮细胞表面呈典型的螺旋或弧形，相比于培养细菌而言形态更小、弯曲更明显。幽门螺杆菌在培养条件欠佳时可以发生球形变。也有文献报道，幽门螺杆菌在培养过程中可呈现V形、U形及笔直的形状。

电子显微镜下，幽门螺杆菌菌体的一端可见4～7条带鞘的鞭毛，鞭毛根部位于菌体细胞壁内侧，由菌体向外延伸后游离于细胞外。幽门螺杆菌分裂时，菌体两端均可见鞭毛。鞭毛长度为菌体长径的1.0～1.5倍，直径约为30nm。菌体鞭毛根基内侧有一个明显的低电子密度区域，可能与鞭毛运动的能量储备有关。

电子显微镜下幽门螺杆菌的鞭毛结构类似于大部分革兰阴性肠道菌，可分为基体、钩状体和丝状体三部分，但幽门螺杆菌的特殊之处是在丝状体的外层包裹有一鞘样结构，称之为鞭毛鞘。鞭毛鞘是一层含有蛋白和脂多糖的膜，其主要功能是保护不耐酸的鞭毛钩及鞭毛丝抵御胃酸的腐蚀。此外，幽门螺杆菌鞭毛鞘在免疫原性及抗原性方面的价值亦不可低估。Skene等用富含幽门螺杆菌鞭毛鞘蛋白的疫苗免疫小鼠，结果显示幽门螺杆菌的定植力明显下降，其效果等同于整细胞裂解产物免疫小鼠。

鞭毛主要由 FlaA、 FlaB、 FlaB、 FliD、 FlhA等基因编码表达和控制。鞭毛丝由FlaA和FlaB蛋白多聚体组成，这两种鞭毛蛋白对于细菌的运动是必需的。FlaA分子量53.2kDa，基因长度为1533bp，编码510个氨基酸。FlaB分子量53.9kDa，基因长约1545bp，编码514个氨基酸。PCR产物的限制性片段长度多态性（RFLP）分析的结果显示，编码FlaA和FlaB蛋白的 FlaA和 FlaB基因存在广泛的基因序列变异，这可能与幽门螺杆菌群体基因序列多态性相关。虽然二者均是聚合形成鞭毛丝的主要成分，但FlaA的致病性和免疫原性更为重要，其氨基酸序列高度保守，与其他细菌鞭毛蛋白存在较少的抗原交叉，幽门螺杆菌感染者血清中大多可出现FlaA抗体，且有研究表明其具有较高的血清学诊断价值。

幽门螺杆菌经鞣酸处理后发现其外表面被厚达40nm的糖萼（glycocalyx）包裹，由高度多样性的糖蛋白和糖脂组成。电子显微镜下，由于糖萼呈细丝网状，与胃黏膜上皮细胞表面连接，因此亦被称为纤毛或菌毛，它成为黏附于胃上皮细胞表面的主要物质基础。幽门螺杆菌定植于胃黏膜上皮细胞表面除依赖鞭毛和菌毛的作用以外，尚可通过菌体细胞壁与胃黏膜上皮细胞胞膜表面直接黏附，其机制与依赖菌毛黏附机制不同，是否有特殊意义尚待进一步研究。

当体内外生长环境不良时，如氧浓度改变、培养时间延长导致培养基营养成分不断减少、温度升高、一氧化氮或者多种抗生素干预后可使幽门螺杆菌发生细胞壁缺陷而转变成球形幽门螺杆菌，可认为是L形幽门螺杆菌。幽门螺杆菌发生球形变后直径一般只有0.8～1.0m。球形变有两种类型：一种较大，在透射电子显微镜下可见稀疏的细胞质，细胞体积膨大，该类型可能是一种退化型，在传代中不能生长；另一种小圆球体，透射电子显微镜下可见电子密度较高的细胞质，且有完整的细胞膜，这种类型也已经被证明具有生命活性。在根除幽门螺杆菌治疗后，人体胃黏膜中仍可能存在发生球形变的幽门螺杆菌，这也提示幽门螺杆菌并未完全被清除。幽门螺杆菌球形变后虽然形态发生变化，但仍保留诸多与螺旋状相同的生物学特征。有研究报道，幽门螺杆菌的球形体能直接黏附并进入胃黏膜上皮细胞中，具有感染及免疫原活性。在电子显微镜下发现球形体细胞质中具有多聚磷酸盐，是细胞重复的能源及合成DNA和RNA的磷来源，其存在能延缓核酸分解。

目前幽门螺杆菌球形变的检测方法有多种，放射自显影法用来检测其代谢活性，透射电子显微镜法可观察其形态转变过程，荧光原位杂交法（FISH）用来鉴别幽门螺杆菌的球形变，另外常用的检测手段还包括qPCR检测、流式细胞术、环介导等温扩增法（LAMP）、DNA测序及宏基因组等。

幽门螺杆菌菌体的单侧鞭毛使其具有较强的运动能力，可穿透胃黏膜上皮细胞的黏液层到达胃黏膜细胞上皮表面，再通过上述机制定植于胃黏膜上皮细胞，因此，幽门螺杆菌的动力对其定植于胃黏膜上皮细胞发挥着重要作用。幽门螺杆菌因其螺旋形菌体及鞭毛的旋转推动作用较其他常见肠道菌群穿透力更强。有研究表明，大肠杆菌在黏稠度达到20厘珀（cp）的溶液（含有0.1%～0.5%甲基纤维素和1%蛋白胨）中即停止运动，而幽门螺杆菌在200cp的黏稠培养液中仍能游动。因此，幽门螺杆菌可在胃内容物排空之前快速穿透黏液层，定植于胃黏膜上皮细胞表面，而其他细菌很难进入到这一层次。

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