幽門螺桿菌感染對胃微生物群影響的研究進(jìn)展

王 黎綜述，趙衛(wèi)東審校

0 引 言

數(shù)以萬億計的微生物駐留在人類胃腸道中，與宿主形成共生關(guān)系，在人類健康和疾病中發(fā)揮著重要作用。胃腸道微生物組和宿主產(chǎn)生了一個復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，與人體生理代謝、免疫和神經(jīng)內(nèi)分泌建立了密切的聯(lián)系[1]。這種關(guān)系可以由微生物產(chǎn)生的可在人體血液中循環(huán)生化信號介導(dǎo)并且可以被小腸神經(jīng)系統(tǒng)傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，同時免疫細(xì)胞也能感知胃腸道中的局部微生物信號，并將其輸送到全身[2]。

在眾多胃腸道微生物中，幽門螺桿菌(Helicobacter pylori,H.pylori)是研究最多的細(xì)菌之一。H.pylori是一種革蘭陰性螺旋狀微需氧細(xì)菌，被世界衛(wèi)生組織和國際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為與胃癌發(fā)病相關(guān)的I類致癌物，全球約半數(shù)人口感染[3]。H.pylori能夠在pH<3.0的胃酸環(huán)境中存活，除細(xì)菌自身因素外，還與宿主和環(huán)境因素有關(guān)[4]。盡管大多數(shù)H.pylori感染者無癥狀，但其慢性感染被證實與消化性潰瘍、胃癌、胃黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤和多種胃外疾病相關(guān)聯(lián)[5]。目前研究表明，根除H.pylori可有效降低胃癌發(fā)病率[6]。然而，通過抗生素治療H.pylori也存在一些問題，如抗生素耐藥性和腸道微生物群紊亂[7]。作為胃腸道生態(tài)系統(tǒng)的一部分，H.pylori感染對胃腸道微生物群和宿主健康狀況均會產(chǎn)生較大影響[8]。

H.pylori的致病性取決于三個主要因素：細(xì)菌毒力成分、環(huán)境因素和宿主遺傳易感性。在細(xì)菌毒力方面，H.pylori已經(jīng)發(fā)展出一系列機(jī)制，以逃避宿主的免疫反應(yīng)，這也使得H.pylori感染對胃微生物群有重要影響。另外，環(huán)境因素也對H.pylori感染起著重要作用。胃微環(huán)境主要由胃微生物群決定，影響H.pylori相關(guān)胃炎的發(fā)展以及免疫反應(yīng)[9]。因此，本文就H.pylori感染對胃微生物群影響的研究進(jìn)展作一綜述。

1 H. pylori與胃微生物群

1.1 正常的胃微生物群人胃特有的微環(huán)境，如低酸堿度、粘液、和蠕動使胃成為一個復(fù)雜的器官，抑制了大多數(shù)細(xì)菌的生長繁殖，這使得胃微生物組成與其他部位的微生物組成截然不同，只允許少數(shù)細(xì)菌定植，如H.pylori[10]。胃微生物群的作用主要與一些代謝功能有關(guān)，如降解未消化碳水化合物，介導(dǎo)胃腸上皮細(xì)胞合成短鏈脂肪酸來調(diào)節(jié)胃腸穩(wěn)態(tài)，調(diào)控胃黏膜上皮細(xì)胞的增殖和分化，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)并促進(jìn)其成熟[11]。

胃中的優(yōu)勢菌門主要包括變形菌、厚壁菌、放線菌、梭桿菌和擬桿菌。其中，數(shù)量最多的目是乳桿菌目，最主要的科是鏈球菌科，最主要的屬是普雷沃菌屬、羅氏桿菌屬、梭桿菌屬和韋氏菌屬[12]。Dekaboruah等[13]報道奈瑟氏球菌屬、嗜血桿菌屬、斑單胞菌屬和巴氏桿菌屬約占胃微生物群總數(shù)的70.5%。采用下一代測序技術(shù)(next generation sequencing，NGS)的研究結(jié)果表明，人類胃微生物比最初預(yù)期的更多樣。已發(fā)表的研究結(jié)果顯示，胃微生物群具有顯著的異質(zhì)性，這可能歸因于個體間的變異、種族、不同的樣本類型、不同的胃病理以及不同技術(shù)方法的使用。Rajilic-Stojanovic等[14]比較了胃微生物群的NGS相關(guān)研究，典型的胃微生物群由分布在八個門的57個細(xì)菌屬組成，包括放線菌、擬桿菌、厚壁菌、梭桿菌、變形菌、螺旋體、特桿菌和TM7，其中六個最常見的屬是普雷沃氏菌、鏈球菌、奈瑟氏菌、嗜血桿菌、梭桿菌和韋氏菌，并且36項研究中有23項檢測到幽門螺桿菌。然而目前正常的胃微生物群尚未明確，只有少數(shù)研究報道了健康成人體內(nèi)存在的微生物群，這些研究一定程度上為明確健康胃微生物群提供了參考[15]。在這些研究中，普雷沃氏菌、鏈球菌、巨球型菌、二氧化碳嗜纖維菌和丙酸桿菌普遍存在。另一方面，在所報告的266個屬中大約有一半只在一項研究中發(fā)現(xiàn)，表明這些組很可能具有較低的生物學(xué)相關(guān)性。

1.2H.pylori對胃微生物群的影響胃微生物群的組成受許多因素影響，如宿主健康狀況、H.pylori定植情況、慢性感染及并發(fā)癥、藥物的使用和濫用、年齡、手術(shù)干預(yù)、炎癥、酗酒、吸煙、使用質(zhì)子泵抑制劑(proton pump inhibitor，PPI)等[14]。智利的一項胃微生物群基因測序研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌18科48種，主要屬于奈瑟球菌科(21.3%)、鏈球菌科(20.0%)、醋酸桿菌科(9.0%)、腸桿菌科和乳桿菌科(4.5%)，還觀察到鏈球菌科和放線菌科感染樣本H.pylori顯著減少，物種多樣性顯著降低[16]。這表明H.pylori定植與胃上皮狀態(tài)相關(guān)并改變了微生物群，也印證了胃微生物群在胃疾病的發(fā)生和發(fā)展中具有潛在的作用。

H.pylori建立多種機(jī)制使其能在胃內(nèi)惡劣酸性條件下生存，當(dāng)H.pylori存在時，是胃微生物群中最豐富的微生物，占胃微生物群的40%～90%[10]。胃中微生物的α多樣性與H.pylori的存在呈負(fù)相關(guān)[17]，研究H.pylori對胃微生物β多樣性的影響觀察到，如果H.pylori存在于胃黏膜中，其在胃微生物群中會獲得明顯優(yōu)勢，從而改變H.pylori感染個體的胃微生物組成[18]。大多數(shù)研究顯示，H.pylori陽性和H.pylori陰性個體的微生物群主要由同一門組成，但相對豐度百分比不同[19]。H.pylori陽性個體的變形桿菌豐度較高，而放線菌、擬桿菌和厚壁菌豐度較低[20]。當(dāng)H.pylori序列被排除分析后，H.pylori陽性個體的微生物群均一性和多樣性高于H.pylori陰性個體。研究發(fā)現(xiàn)，H.pylori引起的胃微生物多樣性變化似乎在一定程度上是可逆的，根除H.pylori可能會增加胃微生物群的多樣性[21-22]。

1.3H.pylori根除與胃微生物群目前研究表明，H.pylori根除成功后，胃微生物群落結(jié)構(gòu)和組成會發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為α多樣性顯著增加。采用益生菌輔助根除療法會顯著改變胃微生物群的多樣性，表現(xiàn)為胃黏膜中雙歧桿菌富集，胃液中乳酸桿菌富集，梭桿菌、彎曲桿菌等潛在致病菌減少[23]。有研究探索胃微生物群在含鉍四聯(lián)根除H.pylori治療中的作用，發(fā)現(xiàn)在根除治療后變形菌、擬桿菌、厚壁菌、放線菌和梭桿菌增加，并且H.pylori與其他細(xì)菌屬呈負(fù)相關(guān)[24]。治療失敗組的微生物多樣性呈下降趨勢，物種多樣性顯著低于成功組。這些結(jié)果表明根除H.pylori顯著破壞了胃微生物群的組成和結(jié)構(gòu)，并且不能在短時間內(nèi)恢復(fù)。

2 H. pylori、胃微生物群與疾病

2.1 消化不良對診斷為消化不良的兒科患者(H.pylori陰性或陽性)進(jìn)行的一項研究表明，與健康受試者的微生物組相比，觀察到H.pylori陽性患者中類桿菌科、腸桿菌科的相對豐度顯著增加，而雙歧桿菌科、乳桿菌科和毛螺菌科在H.pylori陽性和陰性患者中相對豐度降低[25]。這表明H.pylori的慢性感染可能擾亂營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)和固有局部反應(yīng)。

2.2 胃炎研究發(fā)現(xiàn)，嗜酸菌門、變形菌門和螺旋體門與感染者體內(nèi)H.pylori的存在相關(guān)。當(dāng)與H.pylori陽性患者相比時，發(fā)現(xiàn)H.pylori陰性患者中緩慢桿菌科、莖桿菌科、乳桿菌科和伯克霍爾德氏菌科的相對豐度明顯更高[26]。萎縮性胃炎和非萎縮性H.pylori胃炎中胃微生物群與正常胃中的微生物群不同，正常胃微生物多樣性相較萎縮性胃炎和非萎縮性H.pylori胃炎的多樣性高。除H.pylori，非H.pylori細(xì)菌表現(xiàn)出差異，微生物網(wǎng)絡(luò)分析顯示口腔細(xì)菌在胃微生物群中富集，正常組網(wǎng)絡(luò)連接度相較H.pylori胃炎組連接度更高。與H.pylori陽性組相比，H.pylori陰性組具有更高的微生物多樣性[27]。

2.3 黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤對H.pylori陰性的黏膜相關(guān)淋巴組織(mucosal-associated lymphoid tissue, MALT)淋巴瘤患者胃中的黏膜微生物群分類組成分析表明，伯克霍爾德氏菌屬和鞘氨醇單胞菌屬在MALT淋巴瘤患者中明顯較多，而普氏菌屬和韋氏菌屬較少。H.pylori陰性的MALT淋巴瘤患者表現(xiàn)出胃黏膜微生物組成的改變，表明改變的微生物群可能參與H.pylori陰性的MALT淋巴瘤的發(fā)病機(jī)制[28]。

2.4 胃癌H.pylori是導(dǎo)致胃癌的I類致癌物，感染會引發(fā)慢性胃炎并最終導(dǎo)致萎縮性胃炎和腸化生等癌前改變。萎縮性胃炎和腸化生提示患胃癌風(fēng)險增加，整個過程由H.pylori啟動和促進(jìn)，不同的微生物變化在胃癌發(fā)生的不同階段相互作用，因此微生物失調(diào)被認(rèn)為是一個動態(tài)過程，與胃癌的進(jìn)展密切相關(guān)[29]。

先前的研究表明，與鄰近非腫瘤區(qū)相比，腫瘤組織中H.pylori的豐度降低，表明H.pylori以外的細(xì)菌可能在胃癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用[30-31]。為確定胃微生物群的變化如何在胃癌的發(fā)展中發(fā)揮作用，使用胰島素-胃泌素(insulin-gastrin, INS-GAS)轉(zhuǎn)基因小鼠模型進(jìn)行研究，結(jié)果表明與感染H.pylori的無菌INS-GAS小鼠相比，感染H.pylori并伴有共生菌群定植的小鼠出現(xiàn)了更嚴(yán)重的胃部病變，并且更早發(fā)生胃黏膜上皮內(nèi)瘤變，這表明胃微生物群可能參與H.pylori感染后導(dǎo)致胃癌的一系列事件[32]。盡管目前對潛在參與胃癌發(fā)展的細(xì)菌尚未達(dá)成共識，但已有多項研究報道了幾種腸道共生細(xì)菌增加。Ferrairi等[29]發(fā)現(xiàn)胃癌微生物群中無色桿菌、檸檬酸桿菌、乳酸桿菌、梭菌、紅球菌和葉桿菌的富集。Coker等[33]確定了腸鏈球菌、微單胞菌在胃癌中的富集，并確定了肺炎雙球菌對胃癌發(fā)生至關(guān)重要，這些發(fā)現(xiàn)在一項內(nèi)蒙古隊列研究中得到成功驗證。

在評估胃微生物群在胃癌中的作用的研究中觀察到，在從非萎縮性胃炎向胃癌轉(zhuǎn)變的過程中，細(xì)菌多樣性或豐富度降低[34-36]。Ferreira等[29]進(jìn)行胃癌患者的胃微生物群落分析，揭示了與慢性胃炎患者的微生物組的功能組成相比，這些患者的總微生物組的功能組成有著硝酸還原酶和亞硝酸鹽還原酶功能，促進(jìn)硝酸鹽還原為亞硝酸鹽并進(jìn)一步還原為一氧化氮，這為胃癌患者體內(nèi)存在具有遺傳毒性的微生物群提供了證據(jù)。對276名胃癌患者進(jìn)行腫瘤微環(huán)境中胃微生物群的多樣性和組成成分分析，并與胃黏膜正常的受試者進(jìn)行了比較后，觀察到H.pylori、鏈球菌、綠膿桿菌、痤瘡角質(zhì)桿菌、脆弱擬桿菌、均一芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌存在顯著差異[30]。Gunathilake等[34]進(jìn)行的一項病例對照研究顯示，胃癌患者的痤瘡丙酸桿菌、H.pylori和銅綠假單胞菌的相對豐度較高。這些研究均提示了胃微生物群中的部分細(xì)菌可能增加胃癌患病的風(fēng)險。

3 H. pylori、胃微生物群和免疫系統(tǒng)之間關(guān)系

3.1H.pylori感染免疫在H.pylori感染過程中，胃上皮細(xì)胞(gastric epithelial cells, GECs)產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子在H.pylori感染后的炎癥微環(huán)境中發(fā)揮作用。此外，許多免疫細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞，也會在胃中釋放炎癥因子[37]。H.pylori感染的炎癥反應(yīng)特征在其他器官中罕見，表現(xiàn)為同時發(fā)生的急性和慢性混合炎癥[38]。

H.pylori已經(jīng)進(jìn)化出有效的策略來對抗宿主防御和免疫反應(yīng)，包括表達(dá)低內(nèi)毒素脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)以逃避宿主免疫檢測、與GECs聯(lián)合調(diào)節(jié)抗菌肽表達(dá)以及通過抑制T細(xì)胞活化影響獲得性免疫等[39]。最新研究表明，在感染早期，IL-17RB的表達(dá)受H.pylori的高度影響。H.pylori感染會降低GECs中IL-17RB的合成，IL-17E-IL-17RB信號的減少使得CXCL1/2/5/6和抗菌蛋白Reg3a的釋放減少，進(jìn)而導(dǎo)致CD11b+CD11c-髓系細(xì)胞向胃黏膜的趨化和遷移減少，這在感染的早期階段減弱了宿主對H.pylori的防御，也表明IL-17RB可能是干預(yù)H.pylori感染的潛在早期靶點[40]。

3.2H.pylori感染后胃微生物群對免疫系統(tǒng)的影響H.pylori、胃微生物群和免疫系統(tǒng)之間關(guān)系復(fù)雜，胃微生物群及其對免疫反應(yīng)的影響對H.pylori本身及相關(guān)胃病有重要意義。當(dāng)胃微生物群落數(shù)量或多樣性發(fā)生變化時，胃共生細(xì)菌與其他環(huán)境因素一起，在腫瘤等疾病的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[41]。因此，胃微生物失調(diào)增強(qiáng)了不同病原菌的生長和侵襲能力，進(jìn)一步削弱了免疫系統(tǒng)和黏膜屏障之間的平衡。

作為哺乳動物抗菌肽(antimicrobial peptides, AMPs)家族中的一種短蛋白，防御素(Defensins)對細(xì)菌、病毒、真菌等均有殺滅作用。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌存在會導(dǎo)致β-防御素2的表達(dá)增加，與非H.pylori感染的胃炎相比，H.pylori引起的胃炎與β-防御素2的表達(dá)顯著增加有關(guān)。雖然AMPs對胃腸道微生物群的形成有重要影響，但胃腸道微生物群能夠調(diào)節(jié)防御素的分泌，它們之間互相影響[42]。多種因素參與了β-防御素在H.pylori感染過程中的調(diào)控，其中胃微生物群參與了防御素水平的調(diào)節(jié)。此外，防御素還與細(xì)胞因子、趨化因子等共同對抗病原體入侵[43]。

Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)作為一類病原體模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)能夠識別來自胃微生物群的潛在致病菌，存在于巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表面。在與微生物失調(diào)相關(guān)的慢性炎癥性疾病中，如H.pylori誘導(dǎo)的慢性胃炎會導(dǎo)致TLRs表達(dá)改變。在正常情況下，這些TLR可啟動快速有效的炎癥反應(yīng)以阻止微生物入侵，而H.pylori會損害它們的正常功能并逃脫它們的識別，從而建立其在胃組織中的持久性[44]。在小鼠實驗中證明，TLR2和TLR4相互作用，它們都參與了對H.pyloriLPS的識別，而且TLR2可與H.pylori中性粒細(xì)胞激活蛋白結(jié)合并激活Th1免疫應(yīng)答[45]。同時，由于調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增加，TLR4信號和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞之間相關(guān)信號通路的抑制導(dǎo)致了H.pylori的過度定植[46]。同時，某些共生細(xì)菌可以通過短鏈脂肪酸和莢膜多糖等產(chǎn)物誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在局部分化[47]。Brawner等[48]的研究指出，H.pylori感染引起的胃微生物群改變與兒童胃調(diào)節(jié)性T細(xì)胞反應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)，H.pylori感染后胃微生物群改變的兒童患者由于FOXP3反應(yīng)增強(qiáng)導(dǎo)致IL-10水平顯著升高。另外，TLR9能夠識別細(xì)菌DNA導(dǎo)致促炎反應(yīng)，然而有研究表明，TLR9在H.pylori感染的急性期可能發(fā)揮抑制炎癥作用，因為它能夠促進(jìn)抗炎信號。這種矛盾性作用也可能因為受到胃微環(huán)境的影響，再次強(qiáng)調(diào)了胃微生物群在免疫反應(yīng)中的重要作用[49]?；谶@些研究結(jié)果，我們可認(rèn)為胃微生物群改變與黏膜調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答之間有著一定聯(lián)系。

4 結(jié) 語

胃內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定主要取決于局部胃微生物群和宿主免疫系統(tǒng)之間的相互作用。一方面，H.pylori是世界上最常見的細(xì)菌感染，會影響胃微生物群穩(wěn)態(tài)；另一方面，宿主的免疫系統(tǒng)影響胃微生物群的發(fā)育，在促進(jìn)或抑制H.pylori感染方面起著決定性的作用。因此，H.pylori、胃微生物群和宿主的免疫反應(yīng)構(gòu)成了一個復(fù)雜系統(tǒng)，需要進(jìn)一步研究來闡明其中的機(jī)制和關(guān)系。