幽門螺桿菌的致病機制及檢測方法

宋元彬

幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，Hp）屬于螺桿菌屬、革蘭氏陰性菌，由澳大利亞病理學家Warren 和內科醫生Marshall 于1983 年首次從慢性胃炎的胃黏膜活檢組織中分離得到，它是目前發現的、唯一一種在人胃中被分離培養出來的微生物[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，產生氨，可在強酸環境下存活，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（環境氧要求5%～8%），主要寄居于胃和十二指腸內、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50%～80%。Hp 感染首先引起慢性胃炎，并導致胃潰瘍和胃萎縮，嚴重者發展為胃癌或黏膜相關組織淋巴瘤，嚴重危害人類的健康[2-5]。1994 年，Hp被世界衛生組織列為Ⅰ類致癌因子[6]。因此，了解Hp 的危害、致病機制、檢測方法及傳播方式，可為其預防和臨床檢測提供一定的借鑒和參考，對胃癌的預防和控制也具有重要意義。

1 幽門螺桿菌的致病機制及危害

Hp 能在胃內酸性環境中生長繁殖，在胃黏膜局部分解尿素產生氨，并引起組織損傷；產生的毒素可損傷其周圍的胃壁細胞，導致慢性胃炎，最后可造成胃萎縮甚至腸化。Hp 的致病機制是尿素酶、空泡毒素、內毒素、蛋白酶等多因素共同作用的結果，主要表現為Hp 在胃黏膜上定植，入侵宿主免疫系統，誘導炎癥反應、免疫反應及毒素的直接作用。

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和Barrett食管等異位胃黏膜處定植。Hp 進入胃后通過鞭毛的擺動并利用自身的形態特點穿越黏液層，其螺旋狀菌體為Hp 在黏稠的胃黏液中運動提供了前提，鞭毛的擺動為Hp 的運動提供了動力[7]。Hp 產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。產生的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）能保護Hp 不受中性粒細胞的殺傷。Hp 還可產生磷脂酶和黏液酶，磷脂酶可消化單層磷脂，使上皮細胞膜和黏液層溶化，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 運動，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 通過產生的黏附因子緊密地黏附于胃上皮表面[8]。此外，鐵調節基因的重排也利于Hp 的定植[9]。

1.2 損害胃及十二指腸黏膜 Hp 自身可誘導黏膜的炎癥反應，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，其對宿主細胞的影響主要歸因于細胞內位點的通道形成。多種細胞類型對VacA 敏感，包括胃上皮細胞、壁細胞、T 細胞和其他類型的免疫細胞[10]。VacA 是Hp 的主要毒力因子，通過引起細胞空泡化和凋亡發揮作用[11]。VacA 前體蛋白由N 端的信號肽（33 個氨基酸）、中間的細胞毒素（87 kDa）和C 端50 kDa 的結構域組成，該蛋白前體經修飾后成為成熟的VacA（87 kDa）[10-11]。VacA 的發病機制取決于s（signal）、m（middle）、i（intermediate）、d（deletion）和c 區域內的序列多態性。其中，s 區、m 區、d 區和c 區均包括2 種基因型（s1、s2，m1、m2，d1、d2，c1 和c2），而i 區域由3 種等位基因型（i1、i2 和i3）組成[12]。根據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，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 可干擾機體保護性免疫，同時增強了Hp 在胃內定植的能力。研究證實，約50%的Hp 菌株能產生有活性的VacA，使上皮細胞產生空泡變性[13]。

1.2.2 胃腸道激素、尿素酶和致炎因子 胃泌素促進黏膜細胞增生，與腫瘤的形成可能有一定的關系。Hp 感染者生長抑素釋放減少、胃泌素釋放增加，促進胃酸分泌，加重胃黏膜和十二指腸黏膜酸負荷而造成損傷。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生氨，尿素酶和氨的積聚可直接損傷胃黏液層和黏膜細胞。另一方面尿素酶可誘導胃上皮細胞及中性粒細胞表達分泌腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNT-α），白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）等炎癥介質；加上Hp 表面及分泌的可溶性成分和趨化蛋白能進一步激活中性粒細胞、單核細胞和巨噬細胞，使其產生TNF-α、白細胞三烯、白細胞介素-1（IL-1）和白細胞介素-2（IL-2），促進白細胞介素-8（IL-8）的激活反應，進而導致黏膜炎癥的發生[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菌株內的一個特殊基因片段（長度約40 kb），由多達32 個開放閱讀框組成，存在于致病相關菌株[13]。在全世界分離的所有Hp 菌株中，近70%的菌株被發現含有CagPAI[13]。研究表明，Cag 致病島與VacA的產生密切相關[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 產生致病性的重要毒力因子[16]。有證據顯示，CagA 陽性株可顯著促進胃泌素的表達，進而提高了癌癥發生的風險[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，進而降低了黏液對上皮細胞的保護作用。此外，Hp 感染也可誘導產生特異性細胞和體液免疫，并誘發機體的自身免疫反應，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，感染人數龐大，大部分感染者無癥狀。公開數據表明，5%～10%的感染者表現為消化不良，15%～20%的感染者發生消化性潰瘍，1%的感染者發生胃癌或胃黏膜相關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、經濟狀況、高危職業及當地公共衛生狀況等因素。Hp感染率隨年齡增加而上升，亞洲地區的感染率約80%，發達國家約為40%，男性略高于女性[18]。

當前Hp 已成為消化性潰瘍及其治療后復發的主要原因，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95%～100%。另外，Hp 與高血壓病[19]、肝硬化[20]、慢性蕁麻疹[21]、動脈粥樣硬化[22-23]、代謝綜合征[24]和糖尿病[25]等疾病也密切相關。由于Hp 可引起胃癌及胃黏膜相關組織淋巴瘤的發生，因此及早發現Hp 感染者并有效地殺滅幽門螺桿菌，對胃癌的預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和無創兩大類，有創檢測需在胃鏡下取胃黏膜組織進行檢查，如快速尿素酶試驗、活組織鏡檢和病理染色檢查等；無創檢測主要包括13C 和14C 尿素呼氣試驗、Hp 抗體檢測和糞便Hp 抗原檢測等幾種方法[26-29]。和有創檢測相比，無創檢測更易于接受，因而應用更為廣泛。

2.1 有創檢測方法 在有創檢測方法中，快速尿素酶試驗（rapid urease test，RUT）和吉姆薩染色（Giemsa stain）因簡單可靠在臨床上廣泛應用[30]。快速尿素酶試驗是有創檢測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94%左右、特異性達95～100%、精確度達95%，具有操作簡便、快速，安全，準確等特點，適用于首次胃鏡檢查[31]。但是該方法屬于有創檢查，不適用于復查。活組織鏡檢法（直接涂片）操作簡便，主要用于Hp 的快速診斷，但在菌量少時易漏診。組織病理學方法的敏感性和特異性達98%左右，傳統的Giemsa 染色成本較高、耗時長、操作步驟較為繁瑣。Fan 等[30]對Giemsa 染色法進行了改良，與傳統的Giemsa 染色法相比，改良的Giemsa 染色更簡單、省時，靈敏度與傳統的染色方法相當，并被證實優于RUT 檢測。因此，該方法可用于常規臨床檢查，為Hp 感染患者提供快速準確的診斷。

2.2 無創檢測方法 尿素呼氣試驗（urea breath test，UBT）已被證實是一種高準確性的檢測方法，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95%左右[32]。尿素呼氣試驗的檢測原理是受檢者先服用13C 或者14C 同位素標記的尿素，假如其胃中存在Hp，則Hp 分泌的尿素酶會將尿素分解成氨和13C 或14C 標記的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，同時可反映胃的感染情況，很大程度上避免了活檢標本的局限性，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查。但是，如果患者在檢查前服用過抑酸劑，則可能導致假陰性。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。血清學抗體試驗簡單易行、價格便宜，但是該方法無法區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調查。Hp 血清抗體也可通過免疫印跡法進行檢測，其優點是可以確定個體對不同抗原的血清學反應，在美國和日本患者中，這種方法的敏感性達99%、特異性98%[33]。糞便Hp 抗原檢測方法抗原標本為糞便，抗體標本為血液、血清、指尖血。基于單克隆抗體的糞便抗原試驗敏感性為84.6%，特異性達94.7%[34]。該方法操作簡便、快速，易于檢測，檢測結果通常為既往感染。

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

3 結論與展望

Hp 通過在胃黏膜上定植，產生尿素酶、VacA、內毒素、胃腸道激素和致炎因子等損傷胃及十二指腸黏膜而致病，對人類健康造成嚴重威脅。在現有的Hp 檢測方法中，快速尿素酶試驗是有創檢測的首選方法。相比而言，13C 和14C 尿素呼氣試驗因準確性高、靈敏、特異、無創而被廣泛應用。近年來，研究人員基于CRISPR-Cas12/13 結合環介導等溫擴增（loop-mediated isothermal amplification，LAMP）的方法開發出一系列高靈敏、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人衛生防護，盡量避免家庭群集性感染。總的來講，我們要充分認識幽門螺桿菌的危害，了解其致病機制、檢測方法及傳播方式，做好日常生活中的預防工作，確保個人的生命健康。