幽門(mén)螺桿菌毒力因子致胃癌機(jī)制的研究現(xiàn)狀

石巖巖 綜述 丁士剛 審校

(北京大學(xué)第三醫(yī)院消化科,北京 100191)

胃癌的發(fā)生是一個(gè)多步驟、多因素進(jìn)行性發(fā)展的過(guò)程。胃癌發(fā)生與幽門(mén)螺桿菌感染密切相關(guān)。深入研究幽門(mén)螺桿菌(Helicobacter pylori,Hp)感染致胃癌的作用有利于明確胃癌的發(fā)病機(jī)制,從而為胃癌的防治包括微創(chuàng)手術(shù)的治療提供有力的保證。

Hp是一種微需氧革蘭陰性菌,可以定植在胃黏膜起致病作用。胃癌高發(fā)的國(guó)家,像中國(guó)和日本,Hp的感染率也很高[1]。1994年世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)將其列為Ⅰ類(lèi)致癌因子[2]。

很多研究表明 Hp發(fā)揮致病作用與其體內(nèi)所含有的各種具有致病性的毒力因子有關(guān)。按存在的形式,可將這些因子分為菌體蛋白及分泌型蛋白。對(duì)這些因子致病機(jī)制的研究具有重要的臨床意義。

1 Hp菌體蛋白與胃癌

1.1 脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)

LPS是革蘭陰性菌胞膜的主要組成成分,由內(nèi)核和脂質(zhì) A組成,多糖成分主要含半乳糖、氨基葡萄糖、葡萄糖等。LPS能使轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β激活性激酶 1(TAK1)及 TAK1結(jié)合蛋白 1(TAB1)磷酸化,激活半胱天冬酶 8(caspase-8),引起線粒體膜電位的改變,使細(xì)胞色素 C釋放,致細(xì)胞凋亡。而胃黏膜上皮細(xì)胞完整性的維持通過(guò)細(xì)胞增殖與凋亡之間的平衡來(lái)實(shí)現(xiàn),這一平衡的破壞必將導(dǎo)致為黏膜產(chǎn)生病理變化,發(fā)生胃炎、萎縮、潰瘍甚至胃癌[3]。

1.2 尿素酶(urease,Ure)

Ure包含 Ure A和 Ure B兩個(gè)亞單位。位于 Hp表面的胞外尿素酶是靶向于胃黏蛋白的黏附素,對(duì)Hp感染和定植起重要作用[4]。尿素酶水解尿素生成 CO2和 NH3,緩沖胃的酸性環(huán)境,保證 Hp存活[5]。Ure B可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,且能使細(xì)胞 S期比率增高,G2～M期比率下降。尿素酶可以和胃上皮細(xì)胞表面主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅱ類(lèi)分子結(jié)合并誘導(dǎo)其凋亡;分解尿素產(chǎn)生氨,而分解氨使細(xì)胞能量衰竭,誘發(fā)線粒體發(fā)出凋亡信號(hào)。楊衛(wèi)紅等[6]對(duì) Hp陽(yáng)性的 59例胃黏膜腸上皮化生及 56例無(wú)腸上皮化生病人血清中 Ure A抗體水平進(jìn)行對(duì)比,顯示腸上皮化生組 Ure A的抗體滴度顯著高于無(wú)腸上皮化生組,說(shuō)明這種蛋白可能與腸上皮化生的發(fā)生有關(guān),從而可能是 Hp致胃癌的早期事件之一。

1.3 血型組抗原結(jié)合黏附素(blood group antigen binding adhesin,BabA)

BabA是一種相對(duì)分子質(zhì)量 78 000的外膜蛋白,由 babA基因編碼,起黏附分子的作用,介導(dǎo)菌體與果糖 Lewis b抗原牢固結(jié)合,而 Lewis b抗原在胃上皮細(xì)胞表面及胃黏膜都有表達(dá)[7]。不同菌株BabA蛋白的氨基酸具有多態(tài)性,而且 BabA的表達(dá)受人群中受體類(lèi)型的調(diào)節(jié)。Hp菌株表達(dá) BabA蛋白時(shí)存在的異質(zhì)性可能是 Hp感染個(gè)體產(chǎn)生不同臨床后果的一個(gè)原因。Hp與胃上皮細(xì)胞的黏附能夠促進(jìn) Hp定植,并將毒性因子輸送給宿主細(xì)胞發(fā)揮作用[8]。

1.4 唾液酸結(jié)合黏附素(sialic acid binding adhesin,SabA)

SabA介導(dǎo)菌體與 Lewis x/a抗原較弱地結(jié)合,后者在炎癥時(shí)上調(diào)。由 SabA介導(dǎo)的黏附可以增強(qiáng)炎癥反應(yīng),當(dāng)宿主的炎癥反應(yīng)變得很強(qiáng)時(shí),SabA的表達(dá)被關(guān)閉,使細(xì)菌能夠從炎性上皮的密切接觸中逃離,從而致感染長(zhǎng)期持續(xù)存在[9]。

1.5 外炎癥蛋白 A(outing inflammatory protein A,OipA)

OipA與細(xì)胞毒素相關(guān)基因 A(cytotoxinassociated gene A,cagA)所在的區(qū)域 CagA致病島(cag-PAI)相連接,影響胃黏膜白介素 8(interleukin 8,IL-8)的水平,而 IL-8是一種很強(qiáng)大的中性粒細(xì)胞趨化及活化因子。OipA突變可以降低來(lái)自胃上皮細(xì)胞的 IL-8,所以認(rèn)為 OipA是前炎癥反應(yīng)的誘導(dǎo)蛋白[10]。OipA還可以作為一種黏附素,促進(jìn)細(xì)菌的定植。有 OipA表達(dá)的菌株與胃黏膜的黏附比無(wú)OipA表達(dá)的菌株更緊密[11]。

2 Hp分泌型毒力因子與胃癌

2.1 細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白 A(CagA)

cag-PAI包含 31個(gè)基因,其中有很多編碼Ⅳ型細(xì)菌分泌系統(tǒng)的組分,cag-PAI在 Hp的致病機(jī)制中起主要的作用,且并非在所有的菌株中都有表達(dá)。CagA由 cagA基因編碼,是一種免疫顯性蛋白。CagA通過(guò) Hp的Ⅳ型分泌系統(tǒng)(T4SS)被輸送至胃上皮細(xì)胞內(nèi)。Lemke等[12]的研究表明,一種伴侶分子樣的蛋白 CagF,可以與 CagA的 C-末端分泌信號(hào)相互作用,從而參與 CagA識(shí)別的早期階段,并在CagA的輸送過(guò)程中起重要作用。CagL是 cag-PAI編碼的另一種蛋白,可以與胃上皮細(xì)胞表面的整合素相互作用,激活整合素,輔助 CagA轉(zhuǎn)送到宿主細(xì)胞[13]。CagA激活宿主細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸激酶,自身被磷酸化,然后使宿主細(xì)胞的蛋白發(fā)生磷酸化,啟動(dòng)下游的信號(hào)途徑,并與多種蛋白作用引起細(xì)胞的變化。如通過(guò)與含 SH2結(jié)構(gòu)域蛋白酪氨酸磷酸酶 2(SH2-containing protein tyrosine phosphatase 2,SHP-2)作用活化 MAP激酶而促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程,認(rèn)為SHP-2在細(xì)胞轉(zhuǎn)化及胃癌生成中起重要作用。CagA的表達(dá)在東西方有差異,在西方國(guó)家,大約 60%的Hp菌株攜帶 cag-PAI,而在東亞,幾乎所有的菌株都是 cag-PAI陽(yáng)性。且 Pattis等[14]的研究表明,CagA陽(yáng)性菌株感染引起的胃黏膜上皮細(xì)胞凋亡較CagA陰性菌株更為嚴(yán)重。而楊衛(wèi)紅等[6]在山東煙臺(tái)檢測(cè) 115例 Hp陽(yáng)性但萎縮和腸上皮化生情況不同的病人血清中 CagA抗體水平,未觀察到 CagA與胃黏膜萎縮及腸上皮化生的關(guān)系。

產(chǎn)生這種東西方差別的原因有如下解釋。酪氨酸的磷酸化發(fā)生在 CagA的 Glu-Pro-Ile-Tyr-Ala(EPIYA)基序上。這個(gè)基序有很大的多樣性,西方人 Hp主要包括 EPIYA-A,EPIYA-B和 EPIYA-C片段,東亞人 CagA缺少 EPIYA-C片段,代之為EPIYA-D片段。西方和東亞菌株中 CagA的酪氨酸磷酸化位點(diǎn)分別位于 EPIYA-C和 EPIYA-D。其是與 SHP-2結(jié)合進(jìn)行作用,同時(shí)胃上皮細(xì)胞中長(zhǎng)期高表達(dá)的 SHP-2能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,進(jìn)而發(fā)生轉(zhuǎn)化[15]。Saadat等[16]觀察到 CagA與 SHP-2相互作用消弱了細(xì)胞的連接和極性,CagA磷酸化水平相同時(shí),東亞株 EPIYA-D與 SHP-2的親和力較西方株 EPIYA-C更強(qiáng)。似乎由于 CagA的結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致了不同的致病性。另外,CagA還可以不依賴(lài)于酪氨酸磷酸化,而通過(guò)與宿主蛋白相互作用使緊密的黏附和連接斷裂,導(dǎo)致細(xì)胞失去極性,誘發(fā)在胃癌發(fā)展中起重要作用的前期炎癥及有絲分裂的產(chǎn)生。

但是,有關(guān) CagA的研究還有一些與其致病性相矛盾的結(jié)果。最近的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果[17]表明,與 cag-PAI陽(yáng)性的 Hp菌株相比,cag-PAI陰性的菌株更容易定植于宿主胃內(nèi),這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及在 Hp致病中的影響有待深入研究。對(duì)人群的研究顯示,Hp與胃癌的發(fā)生有顯著的相關(guān)性,但是CagA在胃癌形成的過(guò)程中并不是一個(gè)重要的毒力因子[18]。

2.2 空泡毒素(vacuolating cytotoxin A,VacA)

VacA是一種分泌性空泡毒素,可使胃細(xì)胞形成空泡。與 CagA不同,所有的 Hp都有 vacA基因,但功能性表達(dá)情況不同。其等位基因的多態(tài)性造成不同的細(xì)胞毒性水平。s區(qū)以及中間 m區(qū)的差異很大程度地影響 VacA的效應(yīng)。s區(qū)與 VacA的空泡形成活性有關(guān),而 m區(qū)負(fù)責(zé) VacA與細(xì)胞結(jié)合,決定空泡形成作用的細(xì)胞特異性。s1/m1株的空泡形成活性較強(qiáng),s1/m2株的空泡形成活性較弱,s2/m2株無(wú)空泡形成活性。并且,對(duì)西方人群的研究表明,這種多態(tài)性與胃相關(guān)疾病有關(guān)。Gomes等[19]的研究表明,胃癌病人 Hp菌株中的 s1/m1型(24/34,70.6%)明顯比對(duì)照組即 Hp感染無(wú)癥狀胃炎組(12/35,34.3%)多(P=0.005),胃癌病人的 Hp菌株中 24株(70.6%)有空泡形成活性,明顯高于對(duì)照組的42.9%(P=0.03)。這表明 s1/m1株可能與胃癌有關(guān)。研究還觀察到在 s區(qū)和 m區(qū)之間有另一種具有空泡形成活性的多態(tài)決定區(qū),即 i區(qū),該區(qū)的兩個(gè)等位變異為 i1區(qū)和 i2區(qū),其中 i1型有空泡形成活性,i2型無(wú)此活性。而且 s1/m1均為 i1型,s2/m2均為 i2型,s1/m2包括 i1型和 i2型,并觀察到 i1型與潰瘍病及胃癌有關(guān)。相對(duì)于 s、m區(qū),通過(guò) i1基因型可以更好地預(yù)知 Hp菌株與胃癌相關(guān)[20]。

VacA能夠造成胃上皮細(xì)胞的多種結(jié)構(gòu)和功能的改變,包括破壞核內(nèi)體的成熟導(dǎo)致空泡形成,誘發(fā)線粒體損傷、細(xì)胞色素 C釋放及胃上皮細(xì)胞凋亡,并影響免疫系統(tǒng),如影響吞噬作用、抗原提呈作用,減少 T細(xì)胞的活化。VacA引起細(xì)胞異常增殖可能與表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)有關(guān),EGF等生長(zhǎng)因子促進(jìn)上皮移行和細(xì)胞增殖對(duì)黏膜的恢復(fù)和胃腺體的重建至關(guān)重要,EGF可以使EGF受體的表達(dá)上調(diào)和磷酸化水平提高,并通過(guò)第二信使分子 IP3和 ras信號(hào)通路激活 c-fos等原癌基因的轉(zhuǎn)錄。VacA可干擾 EGF信號(hào)傳遞過(guò)程,抑制胃黏膜損傷的修復(fù)。VacA能抑制 Hela細(xì)胞前溶酶素 D的成熟和釋放,抑制 EGF的滅活,而 EGF的過(guò)度表達(dá)可以導(dǎo)致胃癌發(fā)生[21]。楊衛(wèi)紅等[6]在山東煙臺(tái)胃癌高發(fā)區(qū)對(duì) Hp陽(yáng)性的 22例有萎縮病人及93例無(wú)萎縮病人血清中 VacA抗體水平進(jìn)行比較,研究表明,VacA的抗體在萎縮性胃炎組中的滴度顯著高于無(wú)萎縮組(P＜0.05),故認(rèn)為 VacA高濃度表達(dá)與胃黏膜萎縮可能有關(guān)系,從而成為 Hp致癌機(jī)制可能的啟動(dòng)因素之一。

2.3 腺苷酸激酶(adenylate kinase,AK)

AK是生物體內(nèi)普遍存在的一種單體酶,能在生物體處于低能量時(shí)催化 ATP生成以保證生命活動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。Kohler等[22]在檢測(cè)細(xì)胞凋亡過(guò)程細(xì)胞色素 C的釋放時(shí)首次觀察到 AK與細(xì)胞色素 C均在凋亡細(xì)胞的胞液中積累。對(duì)不同胃病 Hp蛋白質(zhì)組的差異分析表明,AK在胃癌組的表達(dá)增高。它可能通過(guò)影響生物體內(nèi)能量產(chǎn)生,間接參與細(xì)胞凋亡的過(guò)程。

2.4 硫氧還蛋白(thioredoxin,Trx)

Trx是一種相對(duì)分子質(zhì)量為 12 000的小分子蛋白,含有一個(gè)保守的氧還活性基序 Cys-Gly-Pro-Cys。Hp的 Trx可以有效地還原胰島素、人免疫球蛋白及可溶性黏蛋白,與硫氧還蛋白還原酶(thioredoxin reductase,TrxR)、NADPH組成 Trx系統(tǒng),這是 Hp惟一的抗氧化系統(tǒng)。張靜等[23]通過(guò)從不同胃病胃鏡活檢胃黏膜組織中分離培養(yǎng) Hp,應(yīng)用裂解液、超聲破碎法提取 Hp菌體蛋白后進(jìn)行蛋白定量、雙向電泳、質(zhì)譜分析等,觀察到胃癌 Hp的 Trx表達(dá)較胃良性病變高,推測(cè)與 Trx保護(hù)細(xì)菌抗氧化損傷并抑制凋亡有關(guān),從而認(rèn)為 Trx可能參與胃癌的形成。

2.5 十二指腸潰瘍促進(jìn)因子(duodenal ulcer promoting actor,DupA)

Lu等[24]的流行病學(xué)研究顯示,從十二指腸潰瘍(duodenal ulcer,DU)病人體內(nèi)分離的 Hp 42%含DupA,這個(gè)比例遠(yuǎn)高于胃癌(gastric cancer,GC)的9%。研究表明,DupA陽(yáng)性的菌株感染與十二指腸潰瘍有顯著的關(guān)聯(lián),但與胃癌沒(méi)有關(guān)聯(lián),并且能夠阻止病變向萎縮和胃癌方向發(fā)展,認(rèn)為 DupA是十二指腸潰瘍的獨(dú)立性決定因子,而對(duì)胃癌則有保護(hù)作用(DU vs.GC,OR=8.3,95%CI 4.0～17.4)。這一研究提示十二指腸球潰瘍的患者胃癌的發(fā)生機(jī)率明顯下降。而這一點(diǎn)在中國(guó)并沒(méi)有得到證實(shí)[25]。DupA的功能有待進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

世界范圍內(nèi),胃癌的發(fā)病率和死亡率仍然較高,而胃癌的發(fā)病機(jī)制尚不清楚,有諸多因素影響胃癌的發(fā)生,包括環(huán)境因素、宿主本身的情況,以及幽門(mén)螺桿菌感染與否和菌株的特性。在病情發(fā)展成為萎縮性胃炎前根除 Hp可能使胃癌發(fā)生的危險(xiǎn)性降低[26]。對(duì) Hp毒力因子的深入研究可能為闡明 Hp的致胃癌機(jī)制、為胃癌的預(yù)防和診治提供理論依據(jù),為 Hp感染預(yù)后的判斷及臨床治療提供新的有意義的指標(biāo)。

1 Prinz C,Schwendy S,Voland P.H.pylori and gastric cancer：shifting the globalburden.World JGastroenterol,2006,12：5458-5464.

2 IARC.International Agency for Research of Cancer.Schistosomes,liver flukes and Helicobacter pylori.Monographs on the evalution of carcinogenic risks to humans.World Health Organization,1994,61：177-241.

3 Moran AP.Lipopolysaccharide in bacterial chronic infection：insights from Helicobacter pylori lipopolysaccharide and lipid A.Int JMed Microbiol,2007,297：307-319.

4 W roblewski LE,Shen L,Ogden S,et al.Helicobacter pylori dysregulation of gastric epithelial tight junctions by urease-mediated myosin IIactivation.Gastroenterology,2009,136：236-246.

5 袁 章,徐 艷,楊衛(wèi)紅,等.幽門(mén)螺桿菌的致病因子致胃上皮細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展.西南軍醫(yī),2008,10：119-120.

6 楊衛(wèi)紅,林三仁,金 珠,等.幽門(mén)螺桿菌致病因子與胃粘膜病理變化的關(guān)系.中華消化雜志,2000,20：56-57.

7 Yamaoka Y.Roles of Helicobacter pylori BabA in gastoduodenal pathogenesis.World JGastroenterology,2008,14：4265-4272.

8 Linden S,Nordman H,Hedenbro J,et al.Strain-and blood groupdependent binding of Helicobacter pylori to human gastric MUC 5AC glycoforms.Gastroenterology,2002,123：1923-1930.

9 Marguerite C,Brendan D,Emer PR.Bacterial factors thatmediate colonization of the stomach and virulence of Helicobacter pylori.FEMSMicrobiol Lett,2007,268：135-143.

10 McNamara D,El-Omar E.Helicobacter pylori infection and the pathogenesis of gastric cancer：A paradigm for host-bacterial interactions.Digest Liver Dis,2008,40：504-509.

11 Dossumbekova A,Prinz C,Mages J,et al.Helicobacter pylori HopH(OipA)and bacterial pathogenicity：genetic and functional genomic analysis of hopH gene polymorphisms.J Infect Dis,2006,194：1346-1355.

12 Lemke LB,Ge Z,Whary MT,et al.Concurrent Helicobacter bilis infection in C 57BL/6 m ice attenuates proinflammatory H.pyloriinduced gastric pathology.Infect Immun,2009,77：2147-2158.

13 Hatakeyama M.SagA of CagA in Helicobacter pylori pathogenesis.Curr Opin Microbiol,2008,11：30-37.

14 Pattis I,Weiss E,Laugks R,et al.The Helicobacter pylori CagF protein is a type IV secretion chaperone-like molecule that binds close to the C-terminalsecretion signal of the CagA effector protein.Microbiology,2007,153：2896-2909.

15 Ana CC,Ceu F,Eliette T.Pathogenesis of Helicobacter pylori infection.Helicobacter,2009,14：15-20.

16 Saadat I,HigashiH,Obusu C,et al.Helicobacter pylori CagA targets PAR 1/MAPK kinase to disrupt epithelial cell polartity.Nature,2007,447：330-333.

17 Ortiz-Herrera M,Camorlinga-Ponce M,López-Corella E,et al.Study of simultaneous experimental colonization of Meriones unguiculatus(Mongolian gerbils)by cagPAI+and cagPAI-strains of Helicobacter pylori.Microbes Infect,2010,12：607-614.

18 Salehi Z,Mollasalehi H,Jelodar MH,et al.The relationship between Helicobacter pylori infection and gastric adenocarcinoma in Northern Iran.Oncol Res,2010,18：323-328.

19 Gomes LI,Rocha GA,Rocha AM,et al.Lack of association between Helicobacter pylori infection with dupA-positive strains and gastroduodenal diseases in Brazilian patients.Int JMed Microbiol,2008,298：223-230.

20 Joanne LR,Darren PL,Marjan M,et al.A new Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin determinant,the intermediate region,is associated with gastric cancer.Gastroenterology,2007,133：926-936.

21 Tegtmeyer N,Zabler D,Schm idt D,et al.Importance of EGF receptor,HER 2/Neu and Erk1/2 kinase signalling for host cell elongation and scattering induced by the Helicobacter pylori CagA protein：antagonistic effects of the vacuolating cytotoxin VacA.Cell Microbiol,2009,11：488-505.

22 Kohler C,Gahm A,Noma T,et al.Releaseofadenylate kinase 2 from themitochondrial intermembrane space during apoptosis.FEBSLett,1999,447：10-12.

23 張 靜,丁士剛,鐘麗君,等.消化性潰瘍、胃炎與胃癌患者幽門(mén)螺桿菌蛋白質(zhì)組的差異分析.中華醫(yī)學(xué)雜志,2006,86：2690-2694.

24 Lu H,Hsu PI,Graham DY,et al.Duodenal ulcer promoting gene of Helicobacter pylori.Gastroenterology,2005,128：833-848.

25 Zhang Z,Zheng Q,Chen X,et al.The Helicobacter pylori duodenal ulcer promotinggene,dupA in China.BMC Gastroenterol,2008,8：49.

26 Lochhead P,EI-Omar EM.Helicobacter pylori infection and gastric cancer.Best Pract Res Clin Gastroenterol,2007,21：281-297.