幽門螺桿菌及其誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬對胃癌影響的分子機(jī)制

張嘉星，鄧水苗，李玉民

幽門螺桿菌在胃部疾病患者體內(nèi)被大量分離、鑒定到，影響了世界50%以上的人口[1]。慢性胃炎和消化性潰瘍等胃部感染導(dǎo)致的疾病及胃癌等其他胃部疾病都與幽門螺桿菌有著或多或少的聯(lián)系。因幽門螺桿菌感染較高的患病率和潛在的嚴(yán)重并發(fā)癥，故適當(dāng)?shù)脑u估和成功的治療是改善其預(yù)后的關(guān)鍵。

近年，隨著幽門螺桿菌對抗生素耐藥性的增加，使得幽門螺桿菌感染患者選擇有效治療方法變得越來越重要。1982年，Marshall等在人類歷史上第1次分離出了幽門螺桿菌；次年，他們通過研究發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌與慢性胃炎有著一定關(guān)系[2]。Hooi等[1]進(jìn)行的一項(xiàng)系統(tǒng)綜述和薈萃分析發(fā)現(xiàn)，在發(fā)展中國家，特別是非洲和遠(yuǎn)東地區(qū)，幽門螺桿菌感染很普遍，如哈薩克斯坦和巴基斯坦患病率分別為79.5%和81.0%；非洲整個(gè)大陸報(bào)告的患病率最高(70.1%)，在美國的患病率最低(35.6%)；但這一數(shù)據(jù)可能存在偏差，因?yàn)樵诎⒗辜油林丝谥杏拈T螺桿菌感染患病率最高，為74.8%。表明幽門螺桿菌在特定人群中的流行程度，在一定程度上反映了這個(gè)國家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，諸如獲得潔凈水、保健和現(xiàn)代衛(wèi)生設(shè)施等基本資源。另外，細(xì)菌本身不斷提高的抗生素耐藥性也是造成上述差距的重要因素。幽門螺桿菌的傳播方式是了解其為何能在全球造成如此大影響的關(guān)鍵。有研究表明，幽門螺桿菌主要通過人傳人或一種常見感染源傳播，因在幽門螺桿菌感染者家庭中其他成員體內(nèi)也分離出了相同的病毒菌株[3]。此外，越南的一項(xiàng)交叉研究發(fā)現(xiàn)，在早期幽門螺桿菌感染兒童中，其被幽門螺桿菌感染的母親和外祖母都與其感染有著很大的關(guān)系[4]。

值得一提的是，幽門螺桿菌微生物特征具有獨(dú)特適應(yīng)性，有助于其在人類腸道內(nèi)定居，在許多情況下，還有助于其終身存活。幽門螺桿菌雖然不是嗜酸菌，但它能通過尿素酶的活性，將尿素轉(zhuǎn)化為氨和二氧化碳等，有效地耐受胃腔內(nèi)的低pH環(huán)境；在這個(gè)過程中，二氧化碳在胞質(zhì)中α-碳基脫水酶的催化下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，這是尿素分解的兩個(gè)關(guān)鍵步驟，故幽門螺桿菌可以存在于胃腔的腐蝕性環(huán)境中[1,5]。因此，幽門螺桿菌與許多胃部疾病和胃癌的發(fā)生都有著密切聯(lián)系。

近年來，隨著研究的不斷深入，幽門螺桿菌與胃上皮細(xì)胞自噬關(guān)系的研究越來越多。本文對幽門螺桿菌及其誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬對胃癌影響的分子機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為幽門螺桿菌導(dǎo)致的胃部疾病治療提供新的思路。

1 細(xì)胞自噬與胃癌的形成

1.1細(xì)胞自噬 自噬是存在于所有真核細(xì)胞中的一種常見生物現(xiàn)象，已被證明在人類病理生理反應(yīng)和疾病中發(fā)揮著重要作用[6]。以下幾個(gè)階段共同構(gòu)成了細(xì)胞自噬的反應(yīng)機(jī)制:自噬體形成、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)識(shí)別、自噬體伸長和成熟、自噬體與溶酶體結(jié)合、物質(zhì)降解[7]。細(xì)胞自噬具體和復(fù)雜的分子機(jī)制現(xiàn)尚未完全了解。有研究報(bào)道這一過程是由超過35個(gè)自噬相關(guān)基因編碼的[8]。在自噬體啟動(dòng)階段，所形成的互作蛋白會(huì)通過激活包括Vps34、ATG14L和VPS15在內(nèi)的第3類磷脂酰肌醇3-kinase復(fù)合體，以調(diào)節(jié)自噬小體的形成、激活分子BECN1-AMBRA1和支架蛋白Beclin1[7]。由此產(chǎn)生的PIK3C3復(fù)合物PI3P會(huì)引起某些效應(yīng)蛋白(如double FYVE-containing protein 1和WD-repeat蛋白)與磷酸肌肽(WIPIs)相互作用，而這些蛋白是形成成核位點(diǎn)歐米茄體所必需的[9-10]。此外，細(xì)胞自噬的過程受到許多與之相關(guān)的信號(hào)通路的調(diào)控，其中主要包括西羅莫司靶蛋白(mTOR)依賴的通路，如AMPK/mTOR和PI3K/Akt/mTOR通路，以及非mTOR依賴的通路，如P53通路[9-10]。

1.2細(xì)胞自噬在胃癌中作用

1.2.1腫瘤抑制基因作用：在動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞自噬很多時(shí)候被認(rèn)為是一種防止動(dòng)物細(xì)胞發(fā)生癌變的防御性機(jī)制[11]。該機(jī)制的主要作用是使生理代謝過程存在異常并且這樣的異常代謝行為會(huì)對其他細(xì)胞乃至機(jī)體造成損傷的細(xì)胞進(jìn)行裂解，使其包含的不能正常行使其功能的蛋白失活并被分解，以保證這樣的細(xì)胞不會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生對生命體有害的物質(zhì)，進(jìn)而減輕其對機(jī)體的損傷和影響，保證機(jī)體的其他細(xì)胞和組織能夠正常行使其生命功能。也正因?yàn)槿绱?，如果與調(diào)控細(xì)胞自噬相關(guān)的基因表達(dá)出現(xiàn)異常就有可能會(huì)導(dǎo)致代謝過程異常的細(xì)胞無法被及時(shí)降解，進(jìn)而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。在許多癌癥細(xì)胞的基因組分析中，都有研究者發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)的基因發(fā)生了突變和缺失，已經(jīng)被鑒定和了解其功能的自噬激活因子都存在于與癌癥相關(guān)的堿基序列中。當(dāng)細(xì)胞或機(jī)體受到一些特定的外界刺激時(shí)，自噬相關(guān)基因的表達(dá)水平會(huì)明顯升高，以減輕外界刺激對機(jī)體造成的損傷，并且這樣的基因表達(dá)水平上調(diào)會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，以維持機(jī)體的生命活動(dòng)，當(dāng)外界的刺激消失后，自噬相關(guān)基因的表達(dá)水平隨之恢復(fù)到正常水平。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在胃部發(fā)生癌變的細(xì)胞中，細(xì)胞自噬可能會(huì)大量甚至過度進(jìn)行，這樣的現(xiàn)象會(huì)使腫瘤細(xì)胞生存所需的物質(zhì)被降解，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞無法汲取到生長和分裂所必需的養(yǎng)分而死亡，這也是機(jī)體對腫瘤生長的一種抑制手段[12]。還有一些研究認(rèn)為細(xì)胞自噬的發(fā)生對于腫瘤的形成存在著負(fù)面的作用。Yang和Pan[12]研究發(fā)現(xiàn)，在加入5-氟尿嘧啶后，細(xì)胞內(nèi)Beclin1基因的表達(dá)水平顯著提高，使胃癌細(xì)胞增殖受到抑制和胃癌細(xì)胞程序性凋亡，最終抑制胃癌的發(fā)育。自噬作用的增強(qiáng)可能會(huì)顯著抑制癌細(xì)胞的生長。因此，5-氟尿嘧啶可以通過誘導(dǎo)自噬來抑制胃癌細(xì)胞[12]。

1.2.2促進(jìn)腫瘤發(fā)育作用：抗癌治療可在癌癥發(fā)展的早期階段抑制腫瘤，但可促進(jìn)已形成腫瘤的生長，這也是腫瘤出現(xiàn)轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和耐化學(xué)反應(yīng)的原因[13]。一些化療藥物對于癌細(xì)胞保護(hù)性的自噬有著積極的作用，這會(huì)使得藥物對癌細(xì)胞凋亡的促進(jìn)作用受到限制。有研究發(fā)現(xiàn)，奧沙利鉑能夠促進(jìn)胃癌細(xì)胞發(fā)生保護(hù)性凋亡，同時(shí)這一作用也減少了胃癌細(xì)胞的原有程序性死亡[14]。最近，還有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自噬促進(jìn)了胃癌細(xì)胞中AQP-3介導(dǎo)的對順鉑的耐藥，而自噬抑制劑氯喹則顯著增強(qiáng)了胃癌細(xì)胞對順鉑的化療敏感性[15]。綜上所述，細(xì)胞自噬對于正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的生長都同時(shí)存在著正面和負(fù)面的作用。

2 幽門螺桿菌誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬

2.1急性幽門螺桿菌感染誘導(dǎo)細(xì)胞自噬

2.1.1空泡毒素A(VacA)：VacA是最早發(fā)現(xiàn)也是引起細(xì)胞損傷最為廣泛的幽門螺桿菌毒力因子[16]。一方面，幽門螺桿菌可通過釋放VacA至線粒體，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)線粒體功能受到一定程度的限制[17]。同時(shí)，它還會(huì)降低西羅莫司復(fù)合物1(mTOR1)的生物活性，導(dǎo)致細(xì)胞協(xié)調(diào)營養(yǎng)代謝和能量應(yīng)激信號(hào)的能力下降，從而中毒并喪失穩(wěn)態(tài)[17]。哺乳動(dòng)物mTOR的抑制是誘發(fā)自噬過程的必要環(huán)節(jié)[18]。在VacA中毒的細(xì)胞中，mTOR1活性的抑制緩解了其對unc-51樣激酶復(fù)合物的抑制作用，間接激活了參與細(xì)胞自噬的空泡分選蛋白34激酶活性，從而誘導(dǎo)了細(xì)胞的自噬[19]。另一方面，VacA可以與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1(LPR1)發(fā)生耦聯(lián)，形成復(fù)合物。該復(fù)合物可以促使細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)的集中和谷胱甘肽的濃度降低，進(jìn)而促進(jìn)絲氨酸-蘇氨酸激酶發(fā)生磷酸化。這一過程會(huì)使信號(hào)通路下游的mTOR被激活，使其對自噬體的形成進(jìn)行調(diào)控[20]。VacA還可以通過胃上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)自噬[21]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激可以激活EIF2S1以及下游的DDIT3/ATF4效應(yīng)蛋白，引發(fā)細(xì)胞的自噬，限制幽門螺桿菌對宿主細(xì)胞的損傷作用。

2.1.2細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白(Cag)A：CagA對于幽門螺桿菌的毒力同樣起到了不可忽視的作用[22]。Cag陽性幽門螺桿菌菌株利用CagⅣ型分泌系統(tǒng)將CagA和肽聚糖釋放到宿主細(xì)胞中[23]。CagA的侵入可誘發(fā)多種細(xì)胞活動(dòng)，如可以使細(xì)胞內(nèi)線粒體的生理活動(dòng)發(fā)生異常等，而這樣的作用會(huì)使得組織發(fā)生炎癥[24]。與VacA作用機(jī)制不同的是，細(xì)胞內(nèi)的CagA不存在于人胃腺癌細(xì)胞系，而存在于巨噬細(xì)胞系中[25]。CagA參與c-Met-PI3K/Akt-mTOR信號(hào)通路，并且對于細(xì)胞自噬起到了負(fù)調(diào)控的作用，這一機(jī)制會(huì)促進(jìn)幽門螺桿菌感染所造成的炎癥反應(yīng)。當(dāng)幽門螺桿菌急性侵染細(xì)胞時(shí)，VacA與LRP1結(jié)合促進(jìn)ROS積累誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬則會(huì)使得CagA蛋白被降解和清除[26]。

2.1.3其他參與組分：幽門螺桿菌內(nèi)存在的細(xì)菌外膜小泡(OMV)有著把菌體產(chǎn)生的毒力因子傳遞到宿主細(xì)胞中的功能，并在體內(nèi)誘導(dǎo)自噬等免疫應(yīng)答反應(yīng)[27]。OMV參與LKB1/AMPK信號(hào)通路，在這一信號(hào)通路中調(diào)控細(xì)胞自噬和白細(xì)胞介素的產(chǎn)生。除此之外，幽門螺桿菌OMV還可誘導(dǎo)自噬小體形成，這一過程不依賴于VacA的調(diào)控[28]。

幽門螺桿菌還會(huì)分泌一種名為HP0175的蛋白。目前已有研究報(bào)道該蛋白的功能是促進(jìn)胃上皮細(xì)胞的程序性死亡[29]。HP0175可以在急性感染幽門螺桿菌期間以不依賴VacA毒力因子的信號(hào)途徑上調(diào)自噬相關(guān)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞的自噬[30]。綜上，在急性感染期間，幽門螺桿菌產(chǎn)生的毒力因子會(huì)干擾宿主細(xì)胞的穩(wěn)定性，這種效應(yīng)已經(jīng)在VacA或Cag陽性幽門螺桿菌株中被發(fā)現(xiàn)[26]。細(xì)胞通過自噬的形式以細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌為靶點(diǎn)，限制其生長和存活，并對其產(chǎn)生的有害物質(zhì)進(jìn)行清除和降解，這是胃上皮細(xì)胞的重要防御機(jī)制。

2.2慢性幽門螺桿菌感染抑制細(xì)胞自噬 幽門螺桿菌的慢性感染機(jī)制與急性感染機(jī)制不同。胃上皮細(xì)胞長時(shí)間暴露于VacA毒力因子作用下的結(jié)局可能類似于VacA陽性幽門螺桿菌菌株的慢性感染模型[31]。VacA長期與宿主的共存破壞了細(xì)胞的正常自噬作用，由于幽門螺桿菌產(chǎn)生的VacA抑制了組織蛋白酶D在自噬體中的表達(dá)，抑制了自噬體和自噬溶酶體的形成，故在慢性幽門螺桿菌感染過程中，VacA可以進(jìn)一步抑制胃上皮細(xì)胞的自噬[31]。此外，由于細(xì)胞無法通過自噬對幽門螺桿菌菌體以及CagA等有害物質(zhì)及時(shí)清除，VacA陽性幽門螺桿菌菌株可以持續(xù)駐留在胃黏膜組織中進(jìn)而誘發(fā)炎癥及腫瘤的發(fā)生[2]。同時(shí)，CagA發(fā)揮其作用，使得編碼自噬相關(guān)蛋白的基因表達(dá)水平下降，而VacA陽性幽門螺桿菌菌株誘導(dǎo)產(chǎn)生炎癥的細(xì)胞因子則被上調(diào)[32]。

有研究表明，MicroRNA(miR)-30b和miR-30d在慢性幽門螺桿菌感染時(shí)表達(dá)上調(diào)[33]。miR-30b和miR-30d能夠使ATG5-ATG12-ATG16L1蛋白復(fù)合體的活性下降，進(jìn)而導(dǎo)致自噬小體不能夠正常合成，受損的自噬體進(jìn)一步促進(jìn)了幽門螺桿菌的持續(xù)感染以及幽門螺桿菌在慢性感染期間的細(xì)胞內(nèi)存活[34]。因此，多個(gè)信號(hào)通路均可在幽門螺桿菌慢性感染導(dǎo)致自噬下調(diào)的過程中發(fā)揮作用。

3 幽門螺桿菌誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬對胃癌影響

雖然幽門螺桿菌最初誘導(dǎo)細(xì)胞自噬可能是宿主對急性感染的防御，但長期受幽門螺桿菌侵襲的細(xì)胞，其正常自噬能力減弱，自噬功能受損傷的細(xì)胞被機(jī)體免疫系統(tǒng)識(shí)別的難度增加，未被識(shí)別的受感染細(xì)胞則會(huì)進(jìn)一步加劇機(jī)體的受感染程度，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體的組織發(fā)生病變引發(fā)炎癥并推動(dòng)致癌物的形成，而這些致癌物是導(dǎo)致胃癌發(fā)生的關(guān)鍵因素。

自噬受抑制的細(xì)胞無法及時(shí)降解受損的細(xì)胞器及VacA、CagA等毒力因子，這又會(huì)進(jìn)一步加劇有害物質(zhì)的積累、加深線粒體的受損傷程度，并最終造成機(jī)體受損[35]。VacA的毒素可引起一系列的細(xì)胞內(nèi)功能損傷，如對人體的免疫細(xì)胞功能抑制，這使得幽門螺桿菌能夠長時(shí)間在胃部生存繁殖[36]。自噬受抑制的細(xì)胞中顯示出增加的ROS，從而增加了DNA突變和致癌的可能性[37]，這與Machado等[38]的發(fā)現(xiàn)一致。Tsugawa等[26]研究表明，持續(xù)感染幽門螺桿菌的CD44陽性細(xì)胞通過抑制自噬增加了CagA的表達(dá)水平，同時(shí)磺胺嘧啶可以通過上調(diào)自噬來阻止CD44陽性細(xì)胞中CagA的積累，暗示了可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬對CagA依賴性胃癌的發(fā)生進(jìn)行預(yù)防。此外，西羅莫司可以通過上調(diào)自噬來增加幽門螺桿菌的清除[39]，這表明自噬的誘導(dǎo)因子可能是治療慢性幽門螺桿菌感染的新型抗生素。

目前已有較多研究證明幽門螺桿菌慢性感染誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬與胃癌的形成存在聯(lián)系。有研究表明，在感染gc026的人胃腺癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)28個(gè)自噬相關(guān)基因有顯著下調(diào)；先前從人類自噬數(shù)據(jù)庫和已發(fā)表的微陣列數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，在慢性幽門螺桿菌感染患者中核心自噬基因(ATG16l1、ATG5、ATG4D和ATG9A)有所下調(diào)[31]。幽門螺桿菌感染相關(guān)的自噬還可能調(diào)節(jié)微生物群。有文獻(xiàn)報(bào)道，與具有復(fù)雜胃微生物群的小鼠相比，沒有共生細(xì)菌的小鼠模型中幽門螺桿菌的感染會(huì)導(dǎo)致胃腸道上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生出現(xiàn)滯后[39]。這些發(fā)現(xiàn)表明幽門螺桿菌和共生微生物之間的相互作用可能參與胃癌的形成。

綜上所述，幽門螺桿菌在急性感染期間可能干擾宿主細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)，特別是通過分泌毒力因子產(chǎn)生影響[40]。自噬是限制細(xì)菌存活和生長的重要防御機(jī)制。在幽門螺桿菌急性感染期間，胃上皮細(xì)胞可以誘導(dǎo)典型的自噬以維持穩(wěn)態(tài)。慢性幽門螺桿菌感染可導(dǎo)致自噬相關(guān)蛋白的功能障礙，自噬的抑制可導(dǎo)致持續(xù)性感染。同時(shí)，幽門螺桿菌誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬也與胃癌的形成有著密切聯(lián)系，其對自噬相關(guān)基因以及共生微生物均有影響。因此，幽門螺桿菌感染已經(jīng)成為一個(gè)全球性的健康問題。在幽門螺桿菌感染期間，細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)無法維持，參與穩(wěn)態(tài)維持的自噬機(jī)制無法正常進(jìn)行。如果提高胃上皮細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白含量，則可以加強(qiáng)幽門螺桿菌的清除。這一機(jī)制可以應(yīng)用在自噬誘導(dǎo)物上作為新的治療藥物開發(fā)。雖然幽門螺桿菌獲得多重耐藥的機(jī)制依賴于其相關(guān)毒力因子導(dǎo)致的自噬下調(diào)和持續(xù)感染維持，但此過程相關(guān)信號(hào)通路中涉及的具體蛋白尚未得到確定，還有待進(jìn)一步的研究。