幽門螺桿菌的致病機(jī)制及檢測方法

宋元彬

幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，Hp）屬于螺桿菌屬、革蘭氏陰性菌，由澳大利亞病理學(xué)家Warren 和內(nèi)科醫(yī)生Marshall 于1983 年首次從慢性胃炎的胃黏膜活檢組織中分離得到，它是目前發(fā)現(xiàn)的、唯一一種在人胃中被分離培養(yǎng)出來的微生物[1]。1984 年，Marshall 在血清中檢測到其抗體。該菌在活體內(nèi)呈螺旋形，在活體外呈桿狀，加上其主要引起胃幽門部位的炎癥病變，1989 年被正式命名為幽門螺桿菌。Hp 能分泌尿素酶，產(chǎn)生氨，可在強(qiáng)酸環(huán)境下存活，其菌體大小為（0.5～1.0）μm×（2.5～4.0）μm、螺旋形桿狀、多鞭毛、末端鈍圓，微需氧（環(huán)境氧要求5%～8%），主要寄居于胃和十二指腸內(nèi)、是引起人類消化道疾病的重要致病菌。Hp 的感染呈全球性分布，西方國家Hp 的成人感染率為30%～50%；中國Hp 的成人感染率更高，達(dá)50%～80%。Hp 感染首先引起慢性胃炎，并導(dǎo)致胃潰瘍和胃萎縮，嚴(yán)重者發(fā)展為胃癌或黏膜相關(guān)組織淋巴瘤，嚴(yán)重危害人類的健康[2-5]。1994 年，Hp被世界衛(wèi)生組織列為Ⅰ類致癌因子[6]。因此，了解Hp 的危害、致病機(jī)制、檢測方法及傳播方式，可為其預(yù)防和臨床檢測提供一定的借鑒和參考，對胃癌的預(yù)防和控制也具有重要意義。

1 幽門螺桿菌的致病機(jī)制及危害

Hp 能在胃內(nèi)酸性環(huán)境中生長繁殖，在胃黏膜局部分解尿素產(chǎn)生氨，并引起組織損傷；產(chǎn)生的毒素可損傷其周圍的胃壁細(xì)胞，導(dǎo)致慢性胃炎，最后可造成胃萎縮甚至腸化。Hp 的致病機(jī)制是尿素酶、空泡毒素、內(nèi)毒素、蛋白酶等多因素共同作用的結(jié)果，主要表現(xiàn)為Hp 在胃黏膜上定植，入侵宿主免疫系統(tǒng)，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)及毒素的直接作用。

1.1 Hp 定植 Hp 通常定植在胃黏膜上皮表面和胃黏液底層，也可在十二指腸胃黏膜化生區(qū)和Barrett食管等異位胃黏膜處定植。Hp 進(jìn)入胃后通過鞭毛的擺動(dòng)并利用自身的形態(tài)特點(diǎn)穿越黏液層，其螺旋狀菌體為Hp 在黏稠的胃黏液中運(yùn)動(dòng)提供了前提，鞭毛的擺動(dòng)為Hp 的運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)力[7]。Hp 產(chǎn)生的尿素酶能將尿素分解為氨和二氧化碳（carbon dioxide，CO2），其中氨可以中和胃酸，有利于Hp 的生存。產(chǎn)生的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）能保護(hù)Hp 不受中性粒細(xì)胞的殺傷。Hp 還可產(chǎn)生磷脂酶和黏液酶，磷脂酶可消化單層磷脂，使上皮細(xì)胞膜和黏液層溶化，增加黏膜的溶解性。黏液酶能分解胃黏液，降低胃黏液的黏稠度，損害胃黏膜，利于Hp 運(yùn)動(dòng)，使其易于定植。黏附是Hp 在胃黏膜表面定植的必要條件之一，Hp 通過產(chǎn)生的黏附因子緊密地黏附于胃上皮表面[8]。此外，鐵調(diào)節(jié)基因的重排也利于Hp 的定植[9]。

1.2 損害胃及十二指腸黏膜 Hp 自身可誘導(dǎo)黏膜的炎癥反應(yīng)，另外Hp 分泌的空泡毒素（vacuolating cytotoxin，VacA）、尿素酶、磷脂酶、胃腸道激素和致炎因子等也會(huì)損害胃和十二指腸黏膜。

1.2.1 空泡毒素（VacA）VacA 是一種成孔毒素，其對宿主細(xì)胞的影響主要?dú)w因于細(xì)胞內(nèi)位點(diǎn)的通道形成。多種細(xì)胞類型對VacA 敏感，包括胃上皮細(xì)胞、壁細(xì)胞、T 細(xì)胞和其他類型的免疫細(xì)胞[10]。VacA 是Hp 的主要毒力因子，通過引起細(xì)胞空泡化和凋亡發(fā)揮作用[11]。VacA 前體蛋白由N 端的信號肽（33 個(gè)氨基酸）、中間的細(xì)胞毒素（87 kDa）和C 端50 kDa 的結(jié)構(gòu)域組成，該蛋白前體經(jīng)修飾后成為成熟的VacA（87 kDa）[10-11]。VacA 的發(fā)病機(jī)制取決于s（signal）、m（middle）、i（intermediate）、d（deletion）和c 區(qū)域內(nèi)的序列多態(tài)性。其中，s 區(qū)、m 區(qū)、d 區(qū)和c 區(qū)均包括2 種基因型（s1、s2，m1、m2，d1、d2，c1 和c2），而i 區(qū)域由3 種等位基因型（i1、i2 和i3）組成[12]。根據(jù)VacA 序列的不同組成可將Hp 分為s1/m1、s1/m2、s2/m2 三種基因型，其中VacA s1/m1 基因型毒素活性最強(qiáng)，VacA s2/m2 基因型無毒素活性。美國Hp 菌株以s1/m1 基因型為主，而中國Hp 菌株以s1/m2基因型為主。VacA 可干擾機(jī)體保護(hù)性免疫，同時(shí)增強(qiáng)了Hp 在胃內(nèi)定植的能力。研究證實(shí)，約50%的Hp 菌株能產(chǎn)生有活性的VacA，使上皮細(xì)胞產(chǎn)生空泡變性[13]。

1.2.2 胃腸道激素、尿素酶和致炎因子 胃泌素促進(jìn)黏膜細(xì)胞增生，與腫瘤的形成可能有一定的關(guān)系。Hp 感染者生長抑素釋放減少、胃泌素釋放增加，促進(jìn)胃酸分泌，加重胃黏膜和十二指腸黏膜酸負(fù)荷而造成損傷。尿素酶損害胃黏膜屏障的主要原因在于尿素酶可分解尿素產(chǎn)生氨，尿素酶和氨的積聚可直接損傷胃黏液層和黏膜細(xì)胞。另一方面尿素酶可誘導(dǎo)胃上皮細(xì)胞及中性粒細(xì)胞表達(dá)分泌腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNT-α），白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）等炎癥介質(zhì)；加上Hp 表面及分泌的可溶性成分和趨化蛋白能進(jìn)一步激活中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，使其產(chǎn)生TNF-α、白細(xì)胞三烯、白細(xì)胞介素-1（IL-1）和白細(xì)胞介素-2（IL-2），促進(jìn)白細(xì)胞介素-8（IL-8）的激活反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致黏膜炎癥的發(fā)生[14]。

1.2.3 其他致病因素 Cag 致病島（cag pathogenicity island，CagPAI）、蛋白酶、磷脂酶也能造成胃及十二指腸黏膜的損傷。Cag 致病島為Hp菌株內(nèi)的一個(gè)特殊基因片段（長度約40 kb），由多達(dá)32 個(gè)開放閱讀框組成，存在于致病相關(guān)菌株[13]。在全世界分離的所有Hp 菌株中，近70%的菌株被發(fā)現(xiàn)含有CagPAI[13]。研究表明，Cag 致病島與VacA的產(chǎn)生密切相關(guān)[15]。CagA（cytotoxin-associated gene A）位于Cag 致病島的一端，是一種存在于Hp 高毒株中的可溶性蛋白，也是Hp 產(chǎn)生致病性的重要毒力因子[16]。有證據(jù)顯示，CagA 陽性株可顯著促進(jìn)胃泌素的表達(dá)，進(jìn)而提高了癌癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[16-17]。Hp 蛋白酶、磷脂酶能破壞胃黏液層的完整性，增加黏液的可溶性并降低其疏水性，進(jìn)而降低了黏液對上皮細(xì)胞的保護(hù)作用。此外，Hp 感染也可誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性細(xì)胞和體液免疫，并誘發(fā)機(jī)體的自身免疫反應(yīng)，損害胃腸黏膜。

1.3 幽門螺桿菌的危害 Hp 的感染呈全球性分布，感染人數(shù)龐大，大部分感染者無癥狀。公開數(shù)據(jù)表明，5%～10%的感染者表現(xiàn)為消化不良，15%～20%的感染者發(fā)生消化性潰瘍，1%的感染者發(fā)生胃癌或胃黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤等惡性疾病。Hp 的感染率主要取決于人種差異、受教育程度、經(jīng)濟(jì)狀況、高危職業(yè)及當(dāng)?shù)毓残l(wèi)生狀況等因素。Hp感染率隨年齡增加而上升，亞洲地區(qū)的感染率約80%，發(fā)達(dá)國家約為40%，男性略高于女性[18]。

當(dāng)前Hp 已成為消化性潰瘍及其治療后復(fù)發(fā)的主要原因，其在胃潰瘍患者中的檢出率超過70%，在十二指腸潰瘍患者中的檢出率更是高達(dá)95%～100%。另外，Hp 與高血壓病[19]、肝硬化[20]、慢性蕁麻疹[21]、動(dòng)脈粥樣硬化[22-23]、代謝綜合征[24]和糖尿病[25]等疾病也密切相關(guān)。由于Hp 可引起胃癌及胃黏膜相關(guān)組織淋巴瘤的發(fā)生，因此及早發(fā)現(xiàn)Hp 感染者并有效地殺滅幽門螺桿菌，對胃癌的預(yù)防和控制具有重要意義。

2 幽門螺桿菌的主要檢測方法

幽門螺桿菌感染檢測方法可分為有創(chuàng)和無創(chuàng)兩大類，有創(chuàng)檢測需在胃鏡下取胃黏膜組織進(jìn)行檢查，如快速尿素酶試驗(yàn)、活組織鏡檢和病理染色檢查等；無創(chuàng)檢測主要包括13C 和14C 尿素呼氣試驗(yàn)、Hp 抗體檢測和糞便Hp 抗原檢測等幾種方法[26-29]。和有創(chuàng)檢測相比，無創(chuàng)檢測更易于接受，因而應(yīng)用更為廣泛。

2.1 有創(chuàng)檢測方法 在有創(chuàng)檢測方法中，快速尿素酶試驗(yàn)（rapid urease test，RUT）和吉姆薩染色（Giemsa stain）因簡單可靠在臨床上廣泛應(yīng)用[30]。快速尿素酶試驗(yàn)是有創(chuàng)檢測Hp 感染的首選方法，該方法能直觀觀察患者是否感染Hp，靈敏度達(dá)94%左右、特異性達(dá)95～100%、精確度達(dá)95%，具有操作簡便、快速，安全，準(zhǔn)確等特點(diǎn)，適用于首次胃鏡檢查[31]。但是該方法屬于有創(chuàng)檢查，不適用于復(fù)查?；罱M織鏡檢法（直接涂片）操作簡便，主要用于Hp 的快速診斷，但在菌量少時(shí)易漏診。組織病理學(xué)方法的敏感性和特異性達(dá)98%左右，傳統(tǒng)的Giemsa 染色成本較高、耗時(shí)長、操作步驟較為繁瑣。Fan 等[30]對Giemsa 染色法進(jìn)行了改良，與傳統(tǒng)的Giemsa 染色法相比，改良的Giemsa 染色更簡單、省時(shí)，靈敏度與傳統(tǒng)的染色方法相當(dāng)，并被證實(shí)優(yōu)于RUT 檢測。因此，該方法可用于常規(guī)臨床檢查，為Hp 感染患者提供快速準(zhǔn)確的診斷。

2.2 無創(chuàng)檢測方法 尿素呼氣試驗(yàn)（urea breath test，UBT）已被證實(shí)是一種高準(zhǔn)確性的檢測方法，該方法包括13C-UBT 和14C-UBT，二者效果相似，敏感性和特異性均達(dá)95%左右[32]。尿素呼氣試驗(yàn)的檢測原理是受檢者先服用13C 或者14C 同位素標(biāo)記的尿素，假如其胃中存在Hp，則Hp 分泌的尿素酶會(huì)將尿素分解成氨和13C 或14C 標(biāo)記的CO2。通過檢測受檢者呼氣吹出的CO2以確定受檢者是否感染Hp。該方法診斷快速、無痛，同時(shí)可反映胃的感染情況，很大程度上避免了活檢標(biāo)本的局限性，因此在臨床上廣泛用于判斷患者的感染情況及治療后的復(fù)查。但是，如果患者在檢查前服用過抑酸劑，則可能導(dǎo)致假陰性。需注意的是，13C-UBT 和14C-UBT 可造成放射性污染，對孕婦和兒童不適用。血清學(xué)抗體試驗(yàn)簡單易行、價(jià)格便宜，但是該方法無法區(qū)分患者為既往感染還是正在感染，因此常用于人群感染情況的流行病學(xué)調(diào)查。Hp 血清抗體也可通過免疫印跡法進(jìn)行檢測，其優(yōu)點(diǎn)是可以確定個(gè)體對不同抗原的血清學(xué)反應(yīng)，在美國和日本患者中，這種方法的敏感性達(dá)99%、特異性98%[33]。糞便Hp 抗原檢測方法抗原標(biāo)本為糞便，抗體標(biāo)本為血液、血清、指尖血?；趩慰寺】贵w的糞便抗原試驗(yàn)敏感性為84.6%，特異性達(dá)94.7%[34]。該方法操作簡便、快速，易于檢測，檢測結(jié)果通常為既往感染。

近年來，基于聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）的方法，包括多重PCR、實(shí)時(shí)熒光定量PCR 也被廣泛用于Hp 的檢測[35-37]。

3 結(jié)論與展望

Hp 通過在胃黏膜上定植，產(chǎn)生尿素酶、VacA、內(nèi)毒素、胃腸道激素和致炎因子等損傷胃及十二指腸黏膜而致病，對人類健康造成嚴(yán)重威脅。在現(xiàn)有的Hp 檢測方法中，快速尿素酶試驗(yàn)是有創(chuàng)檢測的首選方法。相比而言，13C 和14C 尿素呼氣試驗(yàn)因準(zhǔn)確性高、靈敏、特異、無創(chuàng)而被廣泛應(yīng)用。近年來，研究人員基于CRISPR-Cas12/13 結(jié)合環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（loop-mediated isothermal amplification，LAMP）的方法開發(fā)出一系列高靈敏、高特異且易于操作的生物傳感器用于檢測沙門氏菌[38]、分枝桿菌[39]、新冠病毒[40]等病原菌或病毒，未來研究人員也可嘗試將該方法用于Hp 的檢測。Hp 主要通過“人-人”或“糞-口”等方式傳播，為了避免Hp 的感染，日常生活中要做好個(gè)人衛(wèi)生防護(hù)，盡量避免家庭群集性感染。總的來講，我們要充分認(rèn)識幽門螺桿菌的危害，了解其致病機(jī)制、檢測方法及傳播方式，做好日常生活中的預(yù)防工作，確保個(gè)人的生命健康。