幽門螺桿菌致病因子作用機制研究概述

畢 月，羅 微，谷海瀛*

(1.寧波大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，浙江 寧波 315000；2.天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院 檢驗科，天津 300352)

1994年幽門螺桿菌(Helicobacterpylori，Hp)被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)(International Agency for Research on Cancer，IARC)列入一類致癌因子。Hp的發(fā)病機制和疾病的轉(zhuǎn)歸是一個復(fù)雜的過程，主要是通過細(xì)菌毒力因子、宿主和環(huán)境因素之間復(fù)雜的相互作用來調(diào)節(jié)。既往認(rèn)為與胃癌進(jìn)程密切相關(guān)的毒力因子有：CagA(細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白A)、VacA(空泡毒素A)、Urease(脲酶)和DupA(十二指腸潰瘍啟動蛋白A)。近年來，新的研究和觀點認(rèn)為除上述毒力因子外，鞭毛、黏附素相關(guān)蛋白及溶血素等在致病過程中也扮演著重要角色[1- 2]。Hp致病過程主要通過4個階段來完成：1)進(jìn)入宿主及環(huán)境改造階段；2)動力趨避階段；3)黏附定植階段；4)毒力因子釋放及損傷階段。本文就各階段中致病因子的新研究進(jìn)展作一綜述。

1 Hp進(jìn)入宿主及對生存環(huán)境的改造階段

Hp主要依靠“人-人”和“糞-口”途徑、較少情況下也可通過胃鏡等器械進(jìn)行醫(yī)源性傳播，是極少數(shù)能夠在胃內(nèi)酸性環(huán)境下生存的細(xì)菌。這一階段發(fā)揮主要作用的是Hp的脲酶，該酶以胞質(zhì)和表面蛋白兩種形式存在，由脲酶亞基A、B及其他7個脲酶活性蛋白因子組成。脲酶可以水解尿素生成氨和二氧化碳調(diào)節(jié)胃內(nèi)pH值緩解酸性環(huán)境和炎性反應(yīng)引起的殺菌作用。同時，脲酶產(chǎn)生的氨可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，促使組織損傷及潰瘍的形成。有研究認(rèn)為脲酶在定植、激活單核細(xì)胞的趨化活性、抑制吞噬細(xì)胞的吞噬作用、對炎性細(xì)胞因子和iNOS的誘導(dǎo)過程中都發(fā)揮重要作用，但是其活性與臨床結(jié)果及組織的病理變化的關(guān)系并不十分清楚，僅有研究表明在潰瘍組織處收集的標(biāo)本中，其活性會更高[3]。該酶發(fā)揮作用時需要金屬輔助因子鎳與金屬伴侶(HypA)的參與[4]。脲酶陰性的Hp突變體不能在上皮細(xì)胞中持續(xù)感染，無鎳飲食加標(biāo)準(zhǔn)的Hp三聯(lián)療法被證實能提升Hp的清除率[5]。這一發(fā)現(xiàn)可能為Hp的常規(guī)抗生素治療耐藥性問題的解決帶來更多轉(zhuǎn)機。

2 Hp鞭毛動力趨避階段

有報道鞭毛動力是Hp定植的關(guān)鍵因素[6]。Hp鞭毛主要由基體、鞭毛鉤及絲組成。較早進(jìn)入研究視野的是鞭毛絲蛋白FlaA、FlaB、鞭毛鉤蛋白FlgE，這些研究對鞭毛的致病性有了進(jìn)一步的補充。近年來，鞭毛絲聚合蛋白FliD的抗原性及免疫原性也得到了重視，F(xiàn)liD蛋白及其抗體水平與胃癌的風(fēng)險呈正相關(guān)[7]，可作為胃癌風(fēng)險評估的潛在靶標(biāo)。另有研究指出，Hp鞭毛蛋白免疫小鼠所產(chǎn)生的免疫原性幾乎等同于Hp全菌裂解液[8]，更暗示了Hp鞭毛具有強抗原性及免疫原性。目前，Hp鞭毛的研究已較為深入，已探討到鞭毛基因的表達(dá)調(diào)控。已有多達(dá)40多種蛋白被證實參與了鞭毛組裝合成的調(diào)控[9]，其中管家基因80(rpoD)、控制調(diào)節(jié)基因(rpoN、flgR、flgS及flhA)與結(jié)構(gòu)基因(motA與motB)，主要調(diào)控基體中與趨化性有關(guān)的蛋白表達(dá); 54(rpoN)控制著鞭毛基因flgB、flgE、flgK、flgM、flgL與28(fliA)，主要是鞭毛桿和鉤部分蛋白的表達(dá);28(fliA)同時也調(diào)控著flaA，主要是鞭毛絲成分的蛋白表達(dá)[10]。這些鞭毛基因的調(diào)控表達(dá)的研究對于揭示Hp致病性提供了更多的參考依據(jù)。值得注意的是，Hp鞭毛與其他細(xì)菌(如銅綠假單胞菌)的鞭毛在致病機制方面是否有存在相通點卻少見報道，若能參考其他鞭毛菌的機制研究或?qū)镠p致病機制的揭示提供更多的思路。

3 黏附及定植階段

胃內(nèi)定植是Hp致病的前提，而黏附又是定植的關(guān)鍵。Hp在宿主內(nèi)存活數(shù)十年之久的原因之一，就是通過許多受體特異性黏附素直接與黏蛋白、宿主細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合。Hp與胃上皮細(xì)胞間黏附力極強，可致被吸附的細(xì)胞表面變性、微絨毛消失、細(xì)胞骨架改變，這種黏附作用具有組織、宿主及部位的特異性。當(dāng)Hp定植在胃黏膜上時，細(xì)菌黏附素與細(xì)胞受體的相互作用可以保護(hù)細(xì)菌，避免細(xì)菌被胃蠕動和胃排空的力量排出胃內(nèi)，隨后細(xì)菌獲得代謝底物和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過釋放毒素來破壞宿主細(xì)胞，改善生存環(huán)境。Hp可與黏蛋白、胃黏膜上皮細(xì)胞、基質(zhì)蛋白結(jié)合，其過程中發(fā)揮重要作用的是黏附素。目前已發(fā)現(xiàn)20多種黏附素，比較有名的是血型抗原結(jié)合黏附素BabA與BabB、唾液酸結(jié)合黏附素HpaA與SabA/B、黏附素相關(guān)蛋白AlpA與AlpB、中性粒細(xì)胞激活蛋白(NAP)、熱休克蛋白60(Hsp60)和外膜蛋白HopZ等[2]。其中，最重要的是Bab黏附素，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3種Bab的等位基因，babA1、babA2和babB，但是只有babA2基因產(chǎn)物可以與Leb抗原(Lewis血型抗原，O型血患者胃黏膜高表達(dá)Leb抗原)結(jié)合[11]。BabA被認(rèn)為是最好表達(dá)的黏附素，可與胃上皮細(xì)胞表達(dá)的ABO組織抗原和相應(yīng)的Leb抗原結(jié)合。BabA2陽性基因型與消化性潰瘍之間存在一定聯(lián)系[12]，但該說法尚存在爭議。為可動態(tài)地觀察在患者感染期間Leb抗原的黏附性，從長期感染的患者中連續(xù)獲取的Hp的分離株的序列發(fā)現(xiàn)80%的菌株中babA2與Leb抗原結(jié)合。由此可見，這種結(jié)合在Hp的慢性感染期間是較穩(wěn)定的[13]。

4 毒力釋放及宿主損傷階段

Hp在胃黏膜細(xì)胞定植后會釋放相關(guān)毒素，較為經(jīng)典的毒力因子有CagA、VacA和dupA等。研究較多的毒力因子是CagA，由Hp致病島編碼，通過IV型分泌系統(tǒng)進(jìn)入宿主細(xì)胞。Hp致病島是一個典型的染色體DNA插入原件，也是IV型分泌系統(tǒng)的編碼基因，CagA還可以在幾個方面影響宿主細(xì)胞，如胃上皮細(xì)胞基底的形成、細(xì)胞骨架的變化、細(xì)胞的增殖、以及刺激胃上皮細(xì)胞分泌IL- 8[14]。CagA還可作為啟動子，通過對生物信號蛋白直接或間接影響多個宿主細(xì)胞信號通路，導(dǎo)致癌基因上調(diào)；同時促進(jìn)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移分化、減少細(xì)胞凋亡，利于腫瘤發(fā)生[15]。另一個較為重要的毒素是VacA，不同于CagA，CagA并不是所有菌株中都含有，而VacA幾乎在所有的Hp菌株中都存在[16]。VacA是一種穿孔毒素，編碼產(chǎn)生140 ku的前體毒素，通過自身加工后形成成熟88 ku的分泌毒素p88。p88又進(jìn)一步切割形成分子大小為33和55 ku的片段，即p33和p55，其中A亞基(由p33組成)負(fù)責(zé)孔形成，B亞基(由p55組成)負(fù)責(zé)與宿主細(xì)胞膜相互作用[17]。VacA是分泌蛋白，能與肥大細(xì)胞結(jié)合誘導(dǎo)炎性因子釋放，加重組織損傷；還可在上皮細(xì)胞膜形成選擇性離子通道促進(jìn)HCO3-外流，降低胃酸分泌；此外，VacA還具備免疫調(diào)節(jié)功能，分泌進(jìn)入宿主后會阻滯B細(xì)胞遞呈，編碼分泌毒素，誘導(dǎo)體外細(xì)胞程序化死亡，抑制T細(xì)胞增殖，這些也是Hp逃避天然免疫的機制[18]。

毒力因子基因dupA在Hp基因組等位基因中具有較高多樣性且與virB同源。有觀點認(rèn)為dupA是十二指腸潰瘍進(jìn)展的風(fēng)險標(biāo)志物和胃癌的抑制因子[19]。目前，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)dupA中GC堿基含量低于Hp基因組其余部分，并在該區(qū)域觀察到很高的變異性，所以稱為“可塑性區(qū)域”。但值得注意的是，dupA與消化道疾病的相關(guān)性在不同報道中仍存在差異，這可能是地區(qū)及人群的差異性所致。許多革蘭陰性菌和革蘭陽性菌的溶血素是微生物感染和發(fā)病機制的關(guān)鍵因素。溶血素常由細(xì)菌分泌，作為水溶性單體蛋白擴散到靶細(xì)胞膜，與特異性受體結(jié)合。Hp溶血現(xiàn)象是通過破壞吞噬細(xì)胞內(nèi)的液泡膜以及上皮細(xì)胞引起的細(xì)胞裂解形成的。Hp在SRBC瓊脂平板上產(chǎn)生溶血環(huán)，被分類為β-溶血性，且溶血活性會在缺鐵的條件下增加[20]。Hp基因組序列的研究表明，至少存在兩種不同的溶血素，HP1086和HP1490。當(dāng)與葡聚糖5000重合時，Hp的體外溶血活性降低，表明存在成孔毒素(pore-forming)。HP1086與來自其他細(xì)菌種類的成孔溶血素(TlyA)具有同源性。將克隆的TlyA同系物導(dǎo)入大腸桿菌非溶血性菌株，觀察到了溶血活性。而TlyA突變體則顯示出了體外溶血性的降低，并且不受葡聚糖5000的影響。其突變體還顯示出對人胃腺癌細(xì)胞的黏附性降低，也不能定居在小鼠的胃黏膜上[20]。TlyA在37 ℃下會產(chǎn)生淀粉樣變性，產(chǎn)生的TlyA聚合物中存在典型的淀粉狀樣原纖維，且這種淀粉樣變性產(chǎn)生的聚合物與蛋白質(zhì)的二級和三級結(jié)構(gòu)組織的改變相關(guān)。更重要的是，TlyA的預(yù)先形成的淀粉狀樣聚合物對抗胃腺癌細(xì)胞表現(xiàn)出強烈的細(xì)胞毒活性[21]。而從大腸桿菌中重組純化過的TlyA對人紅細(xì)胞表現(xiàn)出突出的溶血活性，推斷其是通過在細(xì)胞膜中形成了特定直徑的孔。此外，還發(fā)現(xiàn)Hp的TlyA顯示出可以破壞和融合脂質(zhì)體膜，使脂質(zhì)體囊泡聚集的能力，并且不需要任何受體[22]，這些研究都充分說明了TlyA的毒力作用。另外重要的毒力因子是外膜蛋白A(OpiA)，其被證明與Hp感染后臨床癥狀、細(xì)菌定植密度、中性粒細(xì)胞浸潤程度及炎性因子IL- 8釋放水平密切相關(guān)[23]。有報道稱在胃十二指腸疾病患者中，OpiA檢測的陽性率高達(dá)71.5%，可作為評價相關(guān)疾病嚴(yán)重程度的潛在靶標(biāo)[24]。

5 結(jié)論

通過對Hp致病因子的研究，Hp發(fā)病機制和疾病發(fā)展的過程越發(fā)清晰。除經(jīng)典的致病因子進(jìn)展外，新的觀點及毒力因子也被提出或發(fā)現(xiàn)，如黏附素蛋白、DupA和OpiA的發(fā)現(xiàn)等。值得注意的是文中所述的各階段并不具備嚴(yán)格時間界限，相關(guān)致病因子可在不同階段都發(fā)揮作用。如脲酶不僅在進(jìn)入機體的初步階段參與了對其定植環(huán)境(pH值)的改造，也會對胃黏膜上皮細(xì)胞造成炎性反應(yīng)損傷；OpiA不僅是在毒力損傷階段發(fā)揮作用，對于Hp的定植也存在影響[24]。Hp鞭毛不僅在定植中發(fā)揮重要作用，其對巨噬細(xì)胞的自噬功能可能也存在抑制作用[25]，相關(guān)實驗正在進(jìn)行，以期進(jìn)一步驗證。總體來看，Hp致病因子與免疫細(xì)胞相互作用方面的研究相對較少，大多數(shù)研究往往停留在與疾病相關(guān)的臨床研究或簡單的基礎(chǔ)研究層面上，其詳細(xì)的致病機制、信號通路信息等都有待進(jìn)一步挖掘。相信隨著研究的深入，會為研究者們提供更多Hp致病機制的信息，對于Hp感染的診斷、治療及疫苗的研究都有重大的意義。

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