幽門螺桿菌黏附素及其致病作用的研究進(jìn)展

黃秋月，葉 暉，于 靖，張學(xué)智

北京大學(xué)第一醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科，北京 100034

幽門螺桿菌(Helicobacter pylori,H.pylori)是胃內(nèi)一種感染性致病菌，感染了全球半數(shù)以上人口，是造成慢性胃炎、消化性潰瘍、胃黏膜相關(guān)淋巴組織(MALT)淋巴瘤和胃癌的最常見致病因素[1-2]。研究H.pylori致病機制，有效防治H.pylori相關(guān)性疾病已成為全球重大公共衛(wèi)生健康問題。

H.pylori致病包括很多環(huán)節(jié)，但能夠在胃黏膜上皮表面或胃黏液底層穩(wěn)定定植是其致病的先決條件，而黏附又是定植的前提[3]。抑制H.pylori黏附或使H.pylori脫黏附，就能預(yù)防或消除由于H.pylori感染引起的危害。

H.pylori的黏附和定植具有嚴(yán)格的組織特異性和部位特異性，由數(shù)十種特異的黏附素-受體介導(dǎo)[3]。H.pylori黏附素是由H.pylori表達(dá)并參與H.pylori對胃黏膜的黏附、定植的一種外膜蛋白(outer membrane proteins, OMPs)[4]。隨著對H.pylori的深入研究，很多黏附素被相繼報道，如血型抗原結(jié)合黏附素(blood group antigen binding adhesin, BabA)、唾液酸黏附素(sialic acid binding adhesin, SabA)、中性粒細(xì)胞激活蛋白(neutrophil activating protein, NAP)等，并發(fā)現(xiàn)這些黏附素與H.pylori的黏附定植、持續(xù)感染及疾病的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。本文對近年來H.pylori的主要黏附素、黏附受體及其致病作用的研究進(jìn)展作一概述。

1 主要黏附素

H.pylori的OMPs是由基因組約4%的基因編碼的膜蛋白家族，大約可編碼64個OMPs，比較基因組學(xué)分析，可將其分為5大同源基因家族：Hop超家族、Hof家族、Hom家族、fecA/frpB家族及hef家族[4-5]。OMPs多受環(huán)境影響，具有“相變異”的調(diào)節(jié)機制，使H.pylori很快適應(yīng)環(huán)境[6]。其中許多OMPs與黏附有關(guān)，我們稱之為黏附素，大部分黏附素都屬于Hop超家族，且多與細(xì)胞表面抗原(受體)的多糖結(jié)構(gòu)結(jié)合[7]。

1.1 Hop超家族

1.1.1 BabA(HopS)：BabA是第一個被發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的H.pylori黏附素，主要通過結(jié)合胃上皮細(xì)胞表面巖藻糖基化的Leb抗原介導(dǎo)H.pylori的黏附，它可以與Leb上的巖藻糖基形成不同的結(jié)合鍵，以提高細(xì)菌黏附的效率和穩(wěn)定性[8]。研究表明結(jié)合還具有可塑性[9]，可逆的酸應(yīng)答性[10]，使H.pylori能夠快速適應(yīng)人胃內(nèi)的環(huán)境，長期在人胃內(nèi)定植[11]。在最新的研究中，HAGE等[12]通過X射線晶體學(xué)揭示了介導(dǎo)BabA-Leb結(jié)合的分子基礎(chǔ)：BabA是典型的α-螺旋分子，其在b-鏈基序內(nèi)的尖端包含單一淺在的Leb結(jié)合位點，結(jié)合在Leb的殘基和BabA的8個氨基酸間進(jìn)行，并且驗證了BabA變體對Leb的親和力下降或消失，這為開發(fā)旨在抑制H.pylori黏附的藥物提供了平臺。

1.1.2 SabA(HopP)：SabA主要與胃黏膜唾液酸化的Lewis x 或Lewis a(sLea/x)結(jié)合，同時對低表達(dá)或不表達(dá)Leb血型抗原的患者起到代償作用，從而維持H.pylori的定植密度[13]。研究表明，H.pylori慢性感染和胃組織炎癥導(dǎo)致胃糖蛋白的重塑，sLea/x抗原的表達(dá)增加，因此，SabA介導(dǎo)的黏附主要發(fā)生在胃黏膜損傷之后[14]。其編碼基因SabA的表達(dá)受啟動子和編碼區(qū)的相變異及雙組分信號傳導(dǎo)系統(tǒng)ArsRS抑制的調(diào)控，從而使H.pylori能夠快速適應(yīng)不同的微環(huán)境或宿主免疫反應(yīng)[15]。2014年，PANG等[16]利用X射線晶體學(xué)方法揭示了SabA胞外黏附域的三維結(jié)構(gòu)，這是H.pylori外膜蛋白家族的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域首次被報道。最新研究顯示，SabA還可以黏附人胃部神經(jīng)節(jié)苷脂的鞘糖脂結(jié)構(gòu)，有助于探索對H.pylori黏附的特異性靶向治療[17]。

1.1.3 OipA(HopH)：外部炎癥蛋白(outer inflammatory protein，OipA)因最初發(fā)現(xiàn)編碼該蛋白的基因與促炎因子白細(xì)胞介素-8(IL-8)的產(chǎn)生密切相關(guān)而得名，也因此被認(rèn)為是一種毒力因子[18]。HORRIDGE等[19]研究表明，OipA是由宿主細(xì)胞接觸調(diào)控的，僅在功能性Cag致病島Ⅳ型分泌系統(tǒng)存在的情況下，介導(dǎo)毒力蛋白CagA易位和IL-8反應(yīng)。AL-MALEKI等[20]研究發(fā)現(xiàn)，OipA在體外可以抑制胃癌細(xì)胞的凋亡，而不表達(dá)OipA的菌株可能具有較低的毒性，甚至可以保護(hù)細(xì)胞免于癌變。TEYMOURNEJAD等[21]研究發(fā)現(xiàn)，OipA通過上調(diào)Bax/Bcl-2和活化的caspase-3水平，引起宿主細(xì)胞凋亡的級聯(lián)反應(yīng)。這兩項研究也證實了OipA黏附素的毒性作用。目前OipA的受體還未明確[22]。

1.1.4 AlpA/B(HopC/B)：黏附相關(guān)脂蛋白AlpA和AlpB由兩個高度同源的相鄰基因AlpA/B編碼[5]。這兩種蛋白均可特異性地黏附在胃上皮，且通過層粘連蛋白(laminin, LN)介導(dǎo)黏附，AlpA/B突變的菌株不能在胃上皮內(nèi)定植[23]。新的研究發(fā)現(xiàn)，AlpB的可變區(qū)(氨基酸位置121～146)在TK1402菌株的生物膜形成中起重要作用，并且這種性質(zhì)取決于編碼基因AlpB的特定序列[24]。同時，AlpB序列的多樣化也影響?zhàn)じ降饺宋赶侔?AGS)細(xì)胞的能力[24]。這些結(jié)果將為H.pylori定植的分子機制提供新的見解。

1.1.5 HopQ：JAVAHERI及KONIGER等[25-26]研究均報道HopQ與人類癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子(carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule, CEACAM)家族的成員相結(jié)合，從而介導(dǎo)H.pylori的黏附。它所介導(dǎo)的黏附不依賴于多糖結(jié)構(gòu)，是人類發(fā)現(xiàn)的第一個蛋白結(jié)合黏附素[26]。HopQ特異性結(jié)合人CEACAM1、CEACAM3、CEACAM5和CEACAM6[25-26]。其中，HopQ-CEACAM1相互作用使毒力蛋白CagA易位進(jìn)入宿主細(xì)胞，并增強促炎介質(zhì)例如IL-8的釋放[25-27]。因此，HopQ-CEACAM1是一種潛在的有望治療H.pylori相關(guān)疾病的新型治療靶點。

1.2 其他中性粒細(xì)胞激活蛋白(neutrophil-activating protein, NAP)因在最初被發(fā)現(xiàn)時可以激活中性粒細(xì)胞而得名，其可特異性地與黏蛋白結(jié)合，使H.pylori穿透黏液層而定植[28]。TALEBKHAN等[29]研究發(fā)現(xiàn)，針對NAP的血清抗體代表了胃癌風(fēng)險狀態(tài)，并在IL-4 C-590T攜帶者中進(jìn)一步惡化。這些生物標(biāo)志物如果在大型前瞻性研究中得到驗證，可用于篩查胃癌易感性，具有重要意義。有研究[30]表明，NAP可能是過敏性哮喘的保護(hù)劑。ROSSEZ等[31]發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了黏附素LabA，其特異性識別由胃黏蛋白MUC5AC攜帶的lacdiNAc。除此之外，還有很多黏附素，如Hom家族的HomB[32]，經(jīng)常被選作疫苗候選抗原的H.pylori黏附素A(HpaA)等[33]，人類在不斷地明確與黏附有關(guān)的因子。

2 主要黏附受體

2.1 Lewis血型抗原Lewis血型抗原來源于人ABH血型抗原，主要表達(dá)在胃黏膜上皮和胃黏蛋白上。Lewis有2條主鏈結(jié)構(gòu)，通過在側(cè)鏈不同位點添加巖藻糖基，1型主鏈可形成Leb、Lewis a和唾液酸化的Lewis a，2型主鏈可形成Lewis x、Lewis y、唾液酸化的Lewis x；并且1型主鏈的抗原多表達(dá)在胃上皮細(xì)胞表面及胃小凹，而2型主鏈的抗原多分布在胃腺細(xì)胞如黏液細(xì)胞、主細(xì)胞和壁細(xì)胞[34-35]。羅艷等[36]通過臨床實驗研究了消化性潰瘍與Lewis表型的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Le(a+b+)表型的人群消化性潰瘍發(fā)病風(fēng)險較大。并且Lewis表型為Le(a-b+)的患者H.pylori感染率最高，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，因此，此表型可能是H.pylori感染的高危因素。

2.2 黏蛋白(mucoprotein, MUC)胃黏液層主要成分是MUC，并攜帶一系列聚糖結(jié)構(gòu)。健康人的胃黏膜內(nèi)主要表達(dá)MUC1、MUC5AC和MUC6[22]，其中MUC5AC是正常胃組織中Leb結(jié)構(gòu)的最重要載體，是H.pylori的主要受體[37]。MUC5B同時攜帶了巖藻糖基化的血型抗原和唾液酸，但主要與BabA黏附，較小程度上與SabA結(jié)合[38]。新的研究表明，MUC具有聚集特性，可以通過ArsS抑制H.pylori的增殖[39]。這說明MUC可以調(diào)節(jié)H.pylori的行為，而不僅僅是作為一個物理屏障和附著部位。這種聚集特性還可能有助于黏附素抑制劑和其他疾病干預(yù)分子的設(shè)計。

黏附素和受體之間是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：同一個黏附素可以結(jié)合不同的受體，同一個受體也可以結(jié)合不同的黏附素。黏附素或受體的類似物可競爭性地抑制黏附。因此進(jìn)一步分析H.pylori黏附素及其受體的分子結(jié)構(gòu)具有重要意義，基于這些分子結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計和開發(fā)出新的防止H.pylori黏附的藥物。

3 致病作用

H.pylori對胃上皮的黏附對于引起疾病很重要，因為這種緊密黏附有利于：(1)逃避黏液更新、胃蠕動和胃黏膜剝落，防止細(xì)菌從胃中消除，從而持久定植。(2)通過“相變異”、“分子擬態(tài)”等逃避人體免疫系統(tǒng)[40-42]。(3)介導(dǎo)炎性反應(yīng)，損傷胃黏膜。在炎癥反應(yīng)中，SabA起著中心作用，且依賴于感染H.pylori的數(shù)量[43]。它是中性粒細(xì)胞激活的先決條件，可以刺激中性粒細(xì)胞產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，引起氧化爆發(fā)，造成胃黏膜損傷[44]。BabA也可對中性粒細(xì)胞產(chǎn)生趨化作用，進(jìn)而引發(fā)胃黏膜炎癥[45]。AlpA/B可以調(diào)節(jié)多條信號通路，包括MAPK和NF-κB等通路的激活，引發(fā)促炎信號級聯(lián)反應(yīng)，造成胃黏膜損傷[46]。(4)促進(jìn)毒力因子的表達(dá)和作用，將毒力蛋白有效傳遞到胃細(xì)胞中[47]。體外實驗和體內(nèi)實驗均顯示，BabA-Leb結(jié)合是Cag致病島Ⅳ型分泌系統(tǒng)活性的增強劑，觸發(fā)Ⅳ型分泌系統(tǒng)依賴性宿主細(xì)胞信號傳導(dǎo)，增強炎癥，促進(jìn)腸化生的發(fā)展和相關(guān)癌前期基因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)化[48]。

因此研究者在尋找疾病相關(guān)標(biāo)志物時充分考慮黏附素。SU等[49]利用基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，OipA、BabA和SabA的組合顯示出胃癌診斷準(zhǔn)確性的顯著改善，且含有上述抗原的蛋白質(zhì)微陣列能提供H.pylori相關(guān)胃癌快速、方便的診斷。此外還有很多研究，如BabA與受體的結(jié)合顯示出血型偏好。根據(jù)結(jié)合抗原特性的不同，BabA分為普通型(generalists)和特殊型(specialists)，前者可與ABO血型的巖藻糖基普遍結(jié)合，后者特異性地與O型血的巖藻糖基結(jié)合[50]。這就從黏附角度解釋了為什么O型血的人更容易發(fā)生消化性潰瘍。H.pylori也可在其表面脂多糖(LPS)的O鏈中表達(dá)Lewis和相關(guān)抗原，經(jīng)確認(rèn)，人半乳糖凝集素-3是H.pylori表面Lewis x的受體[35]。有證據(jù)顯示，長期H.pylori感染可誘導(dǎo)自身反應(yīng)性抗Lewis抗體與胃黏膜交叉反應(yīng)，部分導(dǎo)致胃萎縮的發(fā)展[35-42]。部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)黏附素還可能與胃外疾病有關(guān)，如KATO等[51]研究顯示，SabA的高表達(dá)可能與兒童和青少年的缺鐵性貧血有關(guān)。

綜上所述，H.pylori表面有豐富的黏附素，通過特異性識別胃上皮細(xì)胞表面抗原的特定結(jié)構(gòu)介導(dǎo)H.pylori黏附，從而持久定植。并且很多黏附素是有毒力作用的，如SabA、OipA、HopQ、NAP等，可單獨或與毒力因子CagA等協(xié)同導(dǎo)致炎癥因子釋放增加，甚至促進(jìn)癌前基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而導(dǎo)致不同的臨床結(jié)局。某些毒力因子也有一定黏附作用，如CagE、CagP、FliQ、FliM、FliS和TlyA[52]。因此黏附素與毒力因子的作用相互交織，不可完全割裂開來。可共同作為臨床篩選疾病生物標(biāo)志物的備選因子。

研究H.pylori黏附素及其受體的最終目的是為了更好地研究抗H.pylori黏附，為H.pylori的臨床治療提供新的方法和藥物。從hexa-lysine標(biāo)簽技術(shù)[53]，到最新的X射線晶體學(xué)技術(shù)，人們不斷探索新的技術(shù)和方法，一步步認(rèn)識黏附素和受體的結(jié)構(gòu)，明確結(jié)合位點，為進(jìn)一步的藥物研究提供了理論基礎(chǔ)和可能性。目前已經(jīng)有相當(dāng)多的抗H.pylori黏附研究，如探索天然物質(zhì)[54-56]、生物制劑[57]的抗黏附作用。此外，研究減弱黏附作用的疫苗[58-60]也已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點。我國擁有豐富的天然藥物資源，從中探尋和開發(fā)H.pylori抗黏附劑或?qū)⒊蔀槌霈F(xiàn)新突破的領(lǐng)域。