幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌關系研究進展

2018-06-29 01:59:46徐佳升王彪謝川

中國全科醫(yī)學 2018年18期

徐佳升，王彪，謝川

本文價值：

（1）本文系統(tǒng)、全面地回顧了近些年對幽門螺桿菌菌株特異性的最新研究進展，并進行總結(jié)分析，便于廣大醫(yī)務工作者快速了解該研究領域。

（2）大量文獻研究發(fā)現(xiàn)并非所有幽門螺桿菌會增加宿主發(fā)生胃癌的風險，而是表達胃癌相關因子（如CagA、VacA、外膜蛋白、dupA等）的菌株才具有致癌性。應對幽門螺桿菌菌株進行亞種分型，判別其致病力，從而輔助臨床決策。

（3）本文探討了各胃癌相關因子之間的內(nèi)在聯(lián)系，并發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌菌株的特異性可能是導致胃癌發(fā)病率呈現(xiàn)地理性差異的原因。

幽門螺桿菌是革蘭陰性菌，其因黏附特性而定植于胃黏膜小凹及其鄰近表面上皮，可在人體和實驗動物中引起胃黏膜炎性反應。幽門螺桿菌一旦寄居于人類胃部，如不行抗菌治療，其感染可持續(xù)數(shù)十年?？v向研究表明，胃炎是組織學異常變化的早期階段，在依次經(jīng)過炎性細胞浸潤、萎縮性胃炎、腸上皮化生、非典型增生后最終可導致胃癌［1］。有研究認為，幽門螺桿菌與胃腺癌和胃淋巴瘤的發(fā)生具有相關性［2］。流行病學研究表明，幽門螺桿菌感染者患胃癌的風險顯著高于幽門螺桿菌陰性者［3］。有實驗顯示，幽門螺桿菌感染蒙古沙鼠后，于1.0～1.5年后誘發(fā)胃癌［4］，進一步證明了幽門螺桿菌具有致病作用。世界衛(wèi)生組織亦將幽門螺桿菌定為Ⅰ類致癌物［5］。幽門螺桿菌感染導致胃癌被認為是多因素長期共同作用的結(jié)果，包括慢性炎癥（參與許多類型惡性腫瘤的發(fā)病機制）［6］、DNA損傷、胃干細胞的激活、細胞增殖和細胞凋亡的變化、上皮細胞分化和上皮細胞極性的變化、腫瘤抑制因子降解和胃酸度改變（胃酸度改變導致胃正常酸度時未發(fā)現(xiàn)的菌種過度生長）等。但是幽門螺桿菌具有高水平、多層次的種內(nèi)遺傳多樣性，許多研究已經(jīng)分析確定幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌發(fā)生相關［7］。幽門螺桿菌菌株中最顯著的特異性之一為是否存在被稱為cag致病島（PAI）的一段40 kb染色體區(qū)域。研究表明，在缺乏cag PAI的幽門螺桿菌菌株中，胃癌發(fā)生風險較低［8］。在含有cag PAI的菌株中，胃癌發(fā)生風險取決于菌株的多種特異性細菌因子及其之間的相互作用以及宿主本身的因素。本文通過總結(jié)幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌發(fā)生的相關性，提出了不同地區(qū)的幽門螺桿菌菌株特異性可能是導致胃癌發(fā)病率地理性差異的重要原因。通過對不同幽門螺桿菌菌株特異性進行監(jiān)測，來指導臨床對胃癌的干擾和預防，降低胃癌的發(fā)病率。

1 胃癌流行病學

胃癌發(fā)病率在世界各地有顯著差異，男性發(fā)病率約為女性的2倍，且目前東亞地區(qū)發(fā)病率最高（日本和韓國每10萬人中約有60例），而幽門螺桿菌是胃癌最顯著的危險因素［9］。幽門螺桿菌感染率低的地區(qū)胃癌發(fā)病率也相對較低，但也存在例外：非洲和印度許多地區(qū)的人群幽門螺桿菌感染率高，但胃癌發(fā)病率相對較低［5］。因此必須對幽門螺桿菌菌株進行區(qū)分以便確定導致胃癌的幽門螺桿菌亞型，從而有針對性地進行治療。

2 幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌的關系

幽門螺桿菌的特征是具有高度的種內(nèi)遺傳多樣性。單個基因核苷酸序列多樣性可歸因于突變率高、種內(nèi)重組率高［10］。不同地區(qū)人群所感染的幽門螺桿菌菌株不僅在單個基因的序列上有差異，而且表現(xiàn)出基因含量和染色體組織的差異。幽門螺桿菌的核心基因組由約1 100個基因（存在于所有幽門螺桿菌菌株中）組成，每個菌株通常含有數(shù)百個不普遍存在的其他基因。既往多項研究已經(jīng)在不同患病狀態(tài)的人群中分析了幽門螺桿菌分離物，以便確定與胃癌或癌前病變存在相關性的菌株。本文著重分析胃癌高風險和低風險因素中的菌株特異性基因和相關蛋白（見表1）。

2.1 細胞毒素相關抗原（CagA）不同地區(qū)人群感染的幽門螺桿菌菌株中最突出的差異為是否存在cag PAI。單個幽門螺桿菌菌株可能含有完整的cag PAI（約40 kb）、染色體重排的cag PAI、缺乏1個或多個基因的不完全cag PAI［11］。cag PAI包含CagA進入宿主細胞所需的約18種基因，并且編碼CagA，通過Ⅳ型分泌系統(tǒng)（T4SS）將CagA轉(zhuǎn)入宿主細胞［12］。CagA進入宿主細胞后，在被稱為EPIYA模體的位點通過Src和Abl家族激酶進行酪氨酸磷酸化，接著其以磷酸化形式或非磷酸化形式可以與至少10種宿主細胞組分相互作用，導致細胞產(chǎn)生一系列變化［13］，如上皮細胞形狀、極性的變化，頂端上皮連接復合物的破壞，上皮細胞分化的變化（導致侵襲性表型，類似于上皮到間質(zhì)轉(zhuǎn)化）［14］，細胞增殖的增強和細胞凋亡的抑制，胃干細胞的活化和p53腫瘤抑制因子的降解［15］。研究顯示，幽門螺桿菌引入蒙古沙鼠的胃后，含有CagA和完整的cag PAI的幽門螺桿菌菌株可促進胃細胞發(fā)生癌前期變化和胃癌的發(fā)展，而具有Cag-T4SS缺陷型的CagA菌株或Cag-T4SS基因發(fā)生突變的菌株不能引起胃癌［16］。類似地，與CagA突變菌株或具有Cag-T4SS的突變菌株相比，含有CagA和完整的cag PAI的幽門螺桿菌菌株可引起沙鼠更嚴重的胃炎［17］。表達CagA的轉(zhuǎn)基因小鼠自發(fā)發(fā)生胃上皮細胞增生、胃癌、小腸腺癌和血液惡性腫瘤［18］。因此，CagA也被認為是由細菌產(chǎn)生的致癌蛋白。

表1 幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌的關系Table 1 Relationship between Helicobacter pylori strain specificity and gastric cancer

大量證據(jù)表明，感染CagA陽性幽門螺桿菌菌株的患者胃癌或癌前病變的風險高于感染CagA陰性幽門螺桿菌菌株的人群［19］。CagA陽性幽門螺桿菌菌株（通常含有整個cag PAI）導致的胃癌高風險緣于CagA的細胞效應和胃黏膜炎性反應增強［20］。通過分析幽門螺桿菌分離物，可以確定是否存在CagA基因，或?qū)⒖笴agA血清抗體的存在作為CagA陽性菌株感染指標，而通過分析CagA氨基酸序列可以進一步分析感染CagA陽性幽門螺桿菌菌株者其胃癌發(fā)生風險，如宿主細胞中CagA酪氨酸磷酸化水平受蛋白質(zhì)內(nèi)可進行磷酸化的EPIYA模體數(shù)量的影響［21］，含有較多EPIYA模體的CagA有更強的細胞內(nèi)靶標結(jié)合能力且在宿主細胞內(nèi)活性更高［22］，因而含有較多EPIYA模體的CagA陽性幽門螺桿菌菌株通常有更高的導致胃癌的風險［23］。CagA在細胞內(nèi)的活性也受到酪氨酸磷酸化模體內(nèi)氨基酸序列變化的影響，如含EPIYA-B模體的菌株比含EPIYT-B模體的菌株在胃癌中更為常見［24］。在CagA陽性幽門螺桿菌菌株中，CagA水平有差異，該差異是由CagA轉(zhuǎn)錄起始位點下游的核苷酸序列變異引起的。研究表明，CagA水平高的幽門螺桿菌菌株與癌前病變風險升高有關［25］。

2.2 空泡細胞毒素A（VacA）幽門螺桿菌通過自身轉(zhuǎn)運體或Ⅴ型分泌途徑分泌VacA。VacA最初因其能引起上皮細胞空泡化作用而得名［26］，現(xiàn)在已有更為廣泛的應用。所有幽門螺桿菌菌株含有1個VacA基因，雖然絕大部分菌株的VacA基因可以被表達且分泌，但各菌株之間有很大的差異，這是由于不同菌株之間VacA表達水平具有差異，且VacA蛋白之間存在氨基酸序列變異。根據(jù)VacA基因序列中s、i和m區(qū)域中的堿基差異而分出s1、s2、i1、i2、m1、m2等等位基因［27］。s1、i1、m1類型VacA的細胞空泡活性比s2、i2或m2類型的VacA更強。到目前為止，大多數(shù)關于VacA細胞效應的研究采用s1、i1、m1類型VacA［27］。研究表明，VacA通過依賴網(wǎng)格蛋白介導進入宿主細胞，并最終定位于核內(nèi)體和線粒體［28］。VacA對上皮細胞的影響包括核內(nèi)體功能改變［29］、線粒體膜通透性變化、刺激自噬、活性氧物質(zhì)積累［30］、細胞死亡等。研究表明，VacA對T淋巴細胞有明顯抑制作用［31］，且對B淋巴細胞、嗜酸性粒細胞、肥大細胞和樹突細胞等也有同樣的抑制作用［32］。與含有s2、i2或m2類型VacA的菌株相比，含有s1、i1或m1（編碼更多活性VacA）類型VacA的菌株有更高的胃癌或癌前病變（如腸化生）風險［33］，這可能與多種因素有關，包括VacA刺激胃上皮細胞、改變壁細胞功能和胃酸酸度、干擾各種免疫細胞功能等。在小鼠模型中，含s1、i1類型VacA的幽門螺桿菌菌株比含s2、i2類型VacA的幽門螺桿菌菌株更易誘導腸化生和胃炎［34］。

2.3 BabA、SabA 雖然幽門螺桿菌基因組包含約60個編碼外膜蛋白（OMP）的基因，但是許多OMP編碼基因在幽門螺桿菌菌株中是保守片段，且OMP的產(chǎn)生可以通過多核苷酸重復區(qū)域內(nèi)的滑鏈失調(diào)來調(diào)節(jié)。兩種研究最深入的OMP（BabA和SabA）在體內(nèi)可作為介導幽門螺桿菌與胃上皮細胞結(jié)合的黏附素。BabA與宿主細胞上的巖藻糖基化Lewis b組織——血型抗原結(jié)合，SabA與唾液酸化Lewis x抗原結(jié)合［35］。SabA除了可介導幽門螺桿菌黏附于上皮細胞外，其還可以作為唾液酸依賴性血凝素發(fā)揮作用，并且在中性粒細胞的非軌道活化中起作用［36］。研究顯示，與不含OMP基因的幽門螺桿菌菌株感染相比，含有BabA或SabA基因的幽門螺桿菌菌株感染與癌前病變、胃癌等的相關性更強［37］。

2.4 十二指腸潰瘍促進因子（dupA）位于幽門螺桿菌染色體非保守區(qū)域內(nèi)（即可塑性區(qū)域）的序列為dupA基因，該基因被認為是胃癌風險標志物。與缺乏該基因的幽門螺桿菌菌株相比，感染含有該基因的幽門螺桿菌菌株后患胃癌的風險更低［38］。據(jù)報道，dupA對胃上皮細胞產(chǎn)生IL-8起促進作用且提高幽門螺桿菌在低pH值下的存活率［39］。含有活性dupA基因的幽門螺桿菌菌株誘導單核細胞產(chǎn)生促炎細胞因子［40］。

2.5 HomB、oipA（hopH）、hopQ HomB、oipA（hopH）、hopQ與胃癌相關；含有oipA（hopH）、hopQ（Ⅰ型hopQ和Ⅱ型hopQ）的單個幽門螺桿菌菌株可以含有1個或2個相應編碼基因［37］。

總之，感染了含有CagA、s1類型VacA和BabA的幽門螺桿菌菌株的人群，其發(fā)生胃癌的風險最高。幽門螺桿菌與胃癌風險相關，且不同類型幽門螺桿菌菌株與胃癌的相關性具有顯著差異。

3 幽門螺桿菌菌株特異性基因之間的關系

幽門螺桿菌通常存在種內(nèi)遺傳重組，被認為具有重組種群結(jié)構。值得注意的是，與胃癌相關的幽門螺桿菌菌株特異性基因在菌落中呈非隨機分布，即使這些基因在幽門螺桿菌染色體中的位點是不連續(xù)的，其仍存在一定的相關性，如大多數(shù)cag PAI陽性幽門螺桿菌菌株含有s1類型VacA、BabA、HomB、Ⅰ型hopQ和intra-frameoipA等位基因，大多數(shù)cag PAI陰性幽門螺桿菌菌株含有s2類型VacA、Ⅱ型hopQ和out-frameoipA等位基因，缺乏BabA和HomB［41］。細胞培養(yǎng)模型研究揭示了這些蛋白之間的相互作用，如幽門螺桿菌使用CagA和VacA從宿主細胞中獲得鐵［42］，這一過程可能需要這兩種蛋白質(zhì)的活性平衡。此外，CagA對胃上皮細胞的作用受VacA抑制，VacA的相關作用也因受到CagA的作用而減弱［43］。VacA通過自噬刺激CagA的降解，兩者存在一定的拮抗作用。OMP和T4SS功能之間的相互作用也已被報道［44］，如BabA和hopQ可以增強cag-T4SS依賴性表型［45］。此外，cag陽性幽門螺桿菌菌株可刺激合成唾液酸化Lewis x（SabA黏附素的受體），從而介導SabA黏附素對宿主細胞的作用［46］。cag陽性幽門螺桿菌菌株通過誘導產(chǎn)生更強烈的胃部炎癥，間接刺激SabA介導過程，增強細菌附著于上皮細胞的能力。

4 胃癌的地理學變化

胃癌的發(fā)病率在世界不同地區(qū)有明顯的差異，但原因尚不清楚。值得關注的是，絕大部分東亞幽門螺桿菌分離株存在多種與胃癌高危相關的特異性基因（包括CagA PAI、第1類VacA和BabA）［47］。相反，含有s2類VacA等位基因和缺乏BabA的CagA陰性幽門螺桿菌菌株通常在美國和西歐更為常見。東亞地區(qū)的幽門螺桿菌菌株中，攜帶CagA、s1類VacA和其他與胃癌相關基因的特異性菌株占種群優(yōu)勢，可能是當?shù)匚赴┌l(fā)病率高的原因之一。

由于管家基因的序列類型具有多樣性，東亞地區(qū)的幽門螺桿菌分離株形成了一個不同群體，其與世界其他地方的菌株相比，東亞地區(qū)菌株的陽性選擇基因（包括CagA和VacA）具有明顯的特異性［48］。在東亞地區(qū)菌株中，關于CagA的研究最為詳細，具體來說，與非亞洲形式的CagA相比，在東亞地區(qū)菌株中發(fā)現(xiàn)的CagA酪氨酸磷酸化（EPIYA-D）模體能在細胞內(nèi)產(chǎn)生更高水平的CagA酪氨酸磷酸化和細胞效應［49］。因此，與產(chǎn)生其他形式CagA的菌株相比，產(chǎn)生具有EPIYA-D模體的CagA蛋白的菌株具有更高的胃癌風險［50］。與非亞洲菌株相比，東亞地區(qū)菌株CagA以外的其他蛋白功能較少，宿主遺傳學和環(huán)境因素的變化也可能是導致胃癌發(fā)病率地理性差異的原因。

通過管家基因的多位點序列分型，可以鑒別世界各地不同地理分布的菌株組。統(tǒng)計的地理多樣性模式表明，幽門螺桿菌至少在人類中存在了10萬年［49］，其大約在6萬年前隨人類的多次移民從非洲向外擴散［51］，隨后在世界各地相對獨立，進而產(chǎn)生菌株基因多樣化［52］。哥倫比亞的研究表明，非洲裔人類感染了非洲裔幽門螺桿菌菌株后，其胃癌風險低［53］。在非洲許多地區(qū)，大部分人攜帶幽門螺桿菌，但胃癌發(fā)病率相對較低（這一現(xiàn)象稱為非洲謎，即非洲地區(qū)存在獨特的例外），說明幽門螺桿菌與人類之間的關系受兩種物種長期以來共同進化的影響，將幽門螺桿菌引入非進化共同體的人群可能導致不利結(jié)果。這些發(fā)現(xiàn)說明胃癌風險受細菌和宿主因素共同影響，破壞人類和幽門螺桿菌共同進化關系可能會導致胃癌風險升高。

5 小結(jié)及展望

本文通過對比胃癌患者胃組織與非惡性病變胃組織中的幽門螺桿菌菌株，發(fā)現(xiàn)了很多與胃癌發(fā)病風險相關的菌株特異性因子［54-57］。除了確定是否存在致病基因、相關編碼蛋白外，研究幽門螺桿菌菌株特異性因子之間的相互作用（如VacA與CagA之間的拮抗作用）也非常重要［41］。此外，探究胃癌發(fā)病率的地理性差異也很有意義，尤其是不同地區(qū)幽門螺桿菌菌株中氨基酸序列的變化是否會導致相關蛋白功能改變以及該序列變異是否影響胃癌發(fā)生。需要研究幽門螺桿菌與人類的共同進化關系以及破壞這種關系的分子基礎，從而明確幽門螺桿菌增高胃癌風險的致病機制。

總之，大量細胞實驗和動物模型研究表明，胃癌風險與幽門螺桿菌菌株特異性之間存在相關性［58-62］。在以后的研究中，需要更加明確幽門螺桿菌菌株特異性因子在胃癌中的作用。筆者認為，并非所有幽門螺桿菌感染會增高胃癌風險，而應通過對其致病機制的理解來評估幽門螺桿菌感染者發(fā)生胃癌的風險，從而選擇高風險者及時進行治療干預。

作者貢獻：徐佳升提出文章的構思與想法，撰寫論文；王彪進行文獻檢索，協(xié)助撰寫論文；謝川指導文章寫作，對文章進行審校，并對文章負責。

本文無利益沖突。

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