幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌關(guān)系研究進(jìn)展

徐佳升，王彪，謝川

本文價(jià)值：

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

（2）大量文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)并非所有幽門螺桿菌會(huì)增加宿主發(fā)生胃癌的風(fēng)險(xiǎn)，而是表達(dá)胃癌相關(guān)因子（如CagA、VacA、外膜蛋白、dupA等）的菌株才具有致癌性。應(yīng)對(duì)幽門螺桿菌菌株進(jìn)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(guān)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物中引起胃黏膜炎性反應(yīng)。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。縱向研究表明，胃炎是組織學(xué)異常變化的早期階段，在依次經(jīng)過炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、萎縮性胃炎、腸上皮化生、非典型增生后最終可導(dǎo)致胃癌［1］。有研究認(rèn)為，幽門螺桿菌與胃腺癌和胃淋巴瘤的發(fā)生具有相關(guān)性［2］。流行病學(xué)研究表明，幽門螺桿菌感染者患胃癌的風(fēng)險(xiǎn)顯著高于幽門螺桿菌陰性者［3］。有實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(dǎo)致胃癌被認(rèn)為是多因素長(zhǎng)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(jī)制）［6］、DNA損傷、胃干細(xì)胞的激活、細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡的變化、上皮細(xì)胞分化和上皮細(xì)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(dǎo)致胃正常酸度時(shí)未發(fā)現(xiàn)的菌種過度生長(zhǎng)）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(guān)［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(fēng)險(xiǎn)較低［8］。在含有cag PAI的菌株中，胃癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)取決于菌株的多種特異性細(xì)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(guān)性，提出了不同地區(qū)的幽門螺桿菌菌株特異性可能是導(dǎo)致胃癌發(fā)病率地理性差異的重要原因。通過對(duì)不同幽門螺桿菌菌株特異性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來指導(dǎo)臨床對(duì)胃癌的干擾和預(yù)防，降低胃癌的發(fā)病率。

1 胃癌流行病學(xué)

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(guó)每10萬人中約有60例），而幽門螺桿菌是胃癌最顯著的危險(xiǎn)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(duì)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(duì)較低［5］。因此必須對(duì)幽門螺桿菌菌株進(jìn)行區(qū)分以便確定導(dǎo)致胃癌的幽門螺桿菌亞型，從而有針對(duì)性地進(jìn)行治療。

2 幽門螺桿菌菌株特異性與胃癌的關(guān)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(gè)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(gè)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(gè)基因（存在于所有幽門螺桿菌菌株中）組成，每個(gè)菌株通常含有數(shù)百個(gè)不普遍存在的其他基因。既往多項(xiàng)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(guān)性的菌株。本文著重分析胃癌高風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)因素中的菌株特異性基因和相關(guān)蛋白（見表1）。

2.1 細(xì)胞毒素相關(guān)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(gè)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(gè)或多個(gè)基因的不完全cag PAI［11］。cag PAI包含CagA進(jìn)入宿主細(xì)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(xì)胞［12］。CagA進(jìn)入宿主細(xì)胞后，在被稱為EPIYA模體的位點(diǎn)通過Src和Abl家族激酶進(jìn)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(xì)胞組分相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生一系列變化［13］，如上皮細(xì)胞形狀、極性的變化，頂端上皮連接復(fù)合物的破壞，上皮細(xì)胞分化的變化（導(dǎo)致侵襲性表型，類似于上皮到間質(zhì)轉(zhuǎn)化）［14］，細(xì)胞增殖的增強(qiáng)和細(xì)胞凋亡的抑制，胃干細(xì)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(jìn)胃細(xì)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(yán)重的胃炎［17］。表達(dá)CagA的轉(zhuǎn)基因小鼠自發(fā)發(fā)生胃上皮細(xì)胞增生、胃癌、小腸腺癌和血液惡性腫瘤［18］。因此，CagA也被認(rèn)為是由細(xì)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(guān)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(fēng)險(xiǎn)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(gè)cag PAI）導(dǎo)致的胃癌高風(fēng)險(xiǎn)緣于CagA的細(xì)胞效應(yīng)和胃黏膜炎性反應(yīng)增強(qiáng)［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(biāo)，而通過分析CagA氨基酸序列可以進(jìn)一步分析感染CagA陽性幽門螺桿菌菌株者其胃癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，如宿主細(xì)胞中CagA酪氨酸磷酸化水平受蛋白質(zhì)內(nèi)可進(jìn)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(qiáng)的細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)結(jié)合能力且在宿主細(xì)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(dǎo)致胃癌的風(fēng)險(xiǎn)［23］。CagA在細(xì)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(diǎn)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(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)［25］。

2.2 空泡細(xì)胞毒素A（VacA） 幽門螺桿菌通過自身轉(zhuǎn)運(yùn)體或Ⅴ型分泌途徑分泌VacA。VacA最初因其能引起上皮細(xì)胞空泡化作用而得名［26］，現(xiàn)在已有更為廣泛的應(yīng)用。所有幽門螺桿菌菌株含有1個(gè)VacA基因，雖然絕大部分菌株的VacA基因可以被表達(dá)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(dá)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(xì)胞空泡活性比s2、i2或m2類型的VacA更強(qiáng)。到目前為止，大多數(shù)關(guān)于VacA細(xì)胞效應(yīng)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(dǎo)進(jìn)入宿主細(xì)胞，并最終定位于核內(nèi)體和線粒體［28］。VacA對(duì)上皮細(xì)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(xì)胞死亡等。研究表明，VacA對(duì)T淋巴細(xì)胞有明顯抑制作用［31］，且對(duì)B淋巴細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和樹突細(xì)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(fēng)險(xiǎn)［33］，這可能與多種因素有關(guān)，包括VacA刺激胃上皮細(xì)胞、改變壁細(xì)胞功能和胃酸酸度、干擾各種免疫細(xì)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(dǎo)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(gè)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(fù)區(qū)域內(nèi)的滑鏈?zhǔn)д{(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(dǎo)幽門螺桿菌與胃上皮細(xì)胞結(jié)合的黏附素。BabA與宿主細(xì)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(dǎo)幽門螺桿菌黏附于上皮細(xì)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(xì)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(guān)性更強(qiáng)［37］。

2.4 十二指腸潰瘍促進(jìn)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(rèn)為是胃癌風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)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(fēng)險(xiǎn)更低［38］。據(jù)報(bào)道，dupA對(duì)胃上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-8起促進(jìn)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(dǎo)單核細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子［40］。

2.5 HomB、oipA（hopH）、hopQ HomB、oipA（hopH）、hopQ與胃癌相關(guān)；含有oipA（hopH）、hopQ（Ⅰ型hopQ和Ⅱ型hopQ）的單個(gè)幽門螺桿菌菌株可以含有1個(gè)或2個(gè)相應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)最高。幽門螺桿菌與胃癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，且不同類型幽門螺桿菌菌株與胃癌的相關(guān)性具有顯著差異。

3 幽門螺桿菌菌株特異性基因之間的關(guān)系

幽門螺桿菌通常存在種內(nèi)遺傳重組，被認(rèn)為具有重組種群結(jié)構(gòu)。值得注意的是，與胃癌相關(guān)的幽門螺桿菌菌株特異性基因在菌落中呈非隨機(jī)分布，即使這些基因在幽門螺桿菌染色體中的位點(diǎn)是不連續(xù)的，其仍存在一定的相關(guān)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(xì)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(xì)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(duì)胃上皮細(xì)胞的作用受VacA抑制，VacA的相關(guān)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(bào)道［44］，如BabA和hopQ可以增強(qiáng)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(dǎo)SabA黏附素對(duì)宿主細(xì)胞的作用［46］。cag陽性幽門螺桿菌菌株通過誘導(dǎo)產(chǎn)生更強(qiáng)烈的胃部炎癥，間接刺激SabA介導(dǎo)過程，增強(qiáng)細(xì)菌附著于上皮細(xì)胞的能力。

4 胃癌的地理學(xué)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(guān)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(guān)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(guó)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(guān)基因的特異性菌株占種群優(yōu)勢(shì)，可能是當(dāng)?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(gè)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(guān)于CagA的研究最為詳細(xì)，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(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生更高水平的CagA酪氨酸磷酸化和細(xì)胞效應(yīng)［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(fēng)險(xiǎn)［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(xué)和環(huán)境因素的變化也可能是導(dǎo)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(diǎn)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(jì)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(kuò)散［51］，隨后在世界各地相對(duì)獨(dú)立，進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)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(duì)較低（這一現(xiàn)象稱為非洲謎，即非洲地區(qū)存在獨(dú)特的例外），說明幽門螺桿菌與人類之間的關(guān)系受兩種物種長(zhǎng)期以來共同進(jìn)化的影響，將幽門螺桿菌引入非進(jìn)化共同體的人群可能導(dǎo)致不利結(jié)果。這些發(fā)現(xiàn)說明胃癌風(fēng)險(xiǎn)受細(xì)菌和宿主因素共同影響，破壞人類和幽門螺桿菌共同進(jìn)化關(guān)系可能會(huì)導(dǎo)致胃癌風(fēng)險(xiǎn)升高。

5 小結(jié)及展望

本文通過對(duì)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(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的菌株特異性因子［54-57］。除了確定是否存在致病基因、相關(guān)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(huì)導(dǎo)致相關(guān)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(jìn)化關(guān)系以及破壞這種關(guān)系的分子基礎(chǔ)，從而明確幽門螺桿菌增高胃癌風(fēng)險(xiǎn)的致病機(jī)制。

總之，大量細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物模型研究表明，胃癌風(fēng)險(xiǎn)與幽門螺桿菌菌株特異性之間存在相關(guān)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(rèn)為，并非所有幽門螺桿菌感染會(huì)增高胃癌風(fēng)險(xiǎn)，而應(yīng)通過對(duì)其致病機(jī)制的理解來評(píng)估幽門螺桿菌感染者發(fā)生胃癌的風(fēng)險(xiǎn)，從而選擇高風(fēng)險(xiǎn)者及時(shí)進(jìn)行治療干預(yù)。

作者貢獻(xiàn)：徐佳升提出文章的構(gòu)思與想法，撰寫論文；王彪進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，協(xié)助撰寫論文；謝川指導(dǎo)文章寫作，對(duì)文章進(jìn)行審校，并對(duì)文章負(fù)責(zé)。

本文無利益沖突。

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