幽門螺桿菌影響胃癌發(fā)生發(fā)展的氧化應激機制研究進展

劉爽，方昌中，陳文亮

山西醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院，太原030001

胃癌是世界上第四大常見癌癥，也是惡性腫瘤死亡的第二大原因［1］。幽門螺桿菌（HP）感染與胃癌的發(fā)生密切相關(guān)。HP是一種革蘭陰性菌，存在于黏膜深層并附著于表面，在全世界感染了50%的人口。HP 感染是已知的惡性腫瘤最強的危險因素。此外，世界衛(wèi)生組織將HP列為1型致癌物［2］。HP選擇性地黏附在人胃黏膜上，并直接引起胃十二指腸損傷，包括慢性胃炎、消化性潰瘍、黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤和胃腺癌。人類免疫系統(tǒng)對HP 有強烈的先天和適應性反應，但通常不能根除病原體［3］。這種失敗的免疫反應直接導致慢性炎癥，HP感染引起的慢性炎癥被認為是上皮轉(zhuǎn)化的原因。HP 感染相關(guān)的慢性炎癥可導致胃內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生增多，其誘導胃黏膜的氧化應激，這在觸發(fā)胃腫瘤的發(fā)生中具有重要作用［4］。ROS 誘導的氧化應激通常被認為對細胞有害，且已經(jīng)表明ROS 信號通過誘導基因突變和激活致癌途徑來促進腫瘤的發(fā)生［5］。這些有害結(jié)果最終導致胃癌的發(fā)生。現(xiàn)對HP 感染影響胃癌發(fā)生發(fā)展的氧化應激機制進行綜述。

1 氧化應激介導胃腫瘤轉(zhuǎn)化的機制

ROS有多種來源，包括炎癥細胞、致癌化學物質(zhì)及其代謝物，以及線粒體中的電子轉(zhuǎn)移鏈。據(jù)報道，HP自身可產(chǎn)生大量超氧陰離子，以抑制機體炎癥細胞合成的一氧化氮的殺菌作用［6］。內(nèi)源產(chǎn)生的ROS可以被消除以達到體內(nèi)平衡，而額外的刺激誘導ROS 過量產(chǎn)生，這可能超過清除能力，導致ROS 在人體內(nèi)積累。HP 感染過程中造成的氧化應激可導致DNA 損傷，DNA 的氧化通常發(fā)生在脫氧鳥苷位置，生成8-羥基-20脫氧鳥苷。損傷后堿基的丟失會導致堿基位點的空缺，從而導致DNA 的單鏈斷裂，然而，缺乏修復或持續(xù)損壞可能導致雙鏈斷裂。如果一個細胞不能修復太多的斷裂，它可能會導致腫瘤前體［4］。細胞內(nèi) ROS 的積累還能誘導 DNA 的點突變，從而破壞幾個腫瘤抑制基因（如p53）的表達和功能［7］。DNA 損傷后，細胞凋亡途徑被誘導。與此同時，基因修復和損傷耐受機制將被觸發(fā)，這是細胞存活的關(guān)鍵途徑。在活細胞中，錯配修復、基因組不穩(wěn)定性和腫瘤發(fā)生將得到促進［7］。研究表明，一些具有DNA 損傷的細胞不太可能會凋亡，從而增加了這些細胞發(fā)生癌變的可能性［8］。

氧化應激可激活致癌途徑來促進腫瘤的發(fā)生。PI3K/Akt 信號通路對于維持細胞基本過程、細胞生長、存活、死亡和新陳代謝的完整性至關(guān)重要。PI3K/Akt信號通路的過度激活在許多類型的人類癌癥中都有報道［9］。PI3K/Akt 信號通路被發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)和體外都被HP 感染激活，HP 增加了Ser380/Thr382/383 殘基的 PTEN 磷酸化，從而激活了 PI3K/Akt 通路，促進了細胞存活。ROS 不僅直接激活PI3K 來放大其下游信號，而且同時失活PTEN，從而負向調(diào)節(jié)Akt 的激活［10］。低濃度的 HP 感染會輕微增加 ROS水平，導致PI3K/Akt 通路的持續(xù)激活，導致p-Akt（Ser473）和下游蛋白p-GSK-3β（Ser9）的激活，這可能與細胞增殖和胃癌的發(fā)生有關(guān)［11］。

NOX1/ROS信號的激活也可能與TLR/MyD88信號誘導的胃黏膜干細胞和腫瘤的發(fā)生有關(guān)，雖然NOX1/ROS 信號介導細胞增殖和存活的機制尚不清楚，但NOX 衍生的ROS信號通過滅活蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPs）激活受體酪氨酸激酶（RTK）的自磷酸化［12］。研究表明，破壞 Noxo1 基因可以顯著抑制COX-2/PGE2 通路誘導的胃增生。因此，NOX1/ROS信號可能通過抑制PTP 功能而激活EGFR 信號，這可能是NOX1/ROS信號促進腫瘤的主要機制。

2 HP對胃內(nèi)氧化應激環(huán)境形成的作用

HP 菌株含有可導致胃上皮細胞氧化應激的毒性因子。細胞毒素相關(guān)基因A（CagA）陽性HP 可誘導高水平的過氧化氫（H2O2）產(chǎn)生和 DNA 損傷［13］。據(jù)報道，HP 通過T4SS 將癌蛋白CagA 送入胃上皮細胞，并驅(qū)動多條致癌信號通路的激活。通過將CagA基因轉(zhuǎn)染到胃上皮細胞中，CagA 蛋白可誘導細胞中ROS 的大量形成［6］。研究表明 CagA 能誘導線粒體產(chǎn)生ROS［13］。線粒體脫氧核糖核酸（mtDNA）比核脫氧核糖核酸更容易受到ROS 的影響，由于其非常靠近電子轉(zhuǎn)移鏈，并且缺乏保護性組蛋白或脫氧核糖核酸結(jié)合蛋白［14］。因此，含有缺陷mtDNA 編碼蛋白亞基的呼吸酶可能表現(xiàn)出受損的電子傳遞功能，從而增加電子泄漏和ROS 的產(chǎn)生［15］，進一步增加線粒體的氧化應激和氧化損傷程度。

空泡細胞毒素（VacA）蛋白是由HP 產(chǎn)生的一種增強其定殖能力的毒性因子，并與炎癥和胃癌的風險增加相關(guān)［16］。研究表明，VacA 能誘導 Ca2+流入和ROS 的產(chǎn)生，隨后，NF-κB 的活化導致了 B 細胞的激活，趨化因子表達的上調(diào)增加了促炎性免疫細胞向HP 感染部位的流入。其次，研究表明VacA 能破壞人胃上皮細胞的自噬。自噬的破壞導致細胞ROS種類的增加［17］。VacA 誘導的細胞 ROS 水平的升高可以增加氧化脫氧核糖核酸損傷并且促進形成導致腫瘤轉(zhuǎn)化和癌癥分子變化的環(huán)境。

γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶（GGT）作為HP 另一種毒性因子，其可誘導胃上皮細胞H2O2的產(chǎn)生、NF-κB的激活和 IL-8 的相應增加［18］。研究表明，用 GGT 干預原代胃細胞和AGS 癌細胞系將導致細胞中8-羥基脫氧葡萄糖含量的增加［19］，這表明 DNA 受損。GGT 誘導ROS 的增加、促炎細胞因子產(chǎn)生和DNA 損傷為從感染進展到癌癥創(chuàng)造了理想的條件［18］。

脲酶和中性粒細胞活化蛋白A（NapA）也是HP的毒性因子，其有助于中性粒細胞浸潤和ROS 的產(chǎn)生。重組脲酶誘導中性粒細胞浸潤，導致高度炎癥和 ROS 產(chǎn)生［20］。脲酶和 NapA 聚集中性粒細胞至感染部位。一旦中性粒細胞到達后，會引發(fā)強烈的氧化應激［4］。浸潤的中性粒細胞對凋亡的抵抗力增強并且壽命延長，這是與HP 感染相關(guān)的慢性炎癥的潛在成因。NapA 還能保護HP 免受氧自由基的侵害［21］，從而延長中性粒細胞浸潤和氧化應激的周期。

在感染過程中，HP還可利用多胺依賴的ROS合成，誘導NADPH 氧化酶途徑產(chǎn)生ROS，促進胃上皮細胞的腫瘤轉(zhuǎn)化。HP 誘導多胺氧化、氧化應激與DNA 損傷和潛在的致癌作用相關(guān)聯(lián)。據(jù)報道，與HP陰性受試者相比，HP感染患者胃中總多胺（主要是亞精胺）的水平增加了兩倍以上［22］，而HP 感染導致一種重要的多胺分解代謝酶即精胺氧化酶（SMO）的表達增加。其對精胺的氧化過程中，產(chǎn)生ROS 物質(zhì)H2O2。研究表明，在SMO 表達增加的同時，體外和體內(nèi)的氧化DNA 損傷和凋亡也相應增加［23］，SMO表達的上調(diào)是促進胃癌發(fā)展的潛在機制。與攜帶CagA 陰性菌株的患者相比，感染CagA 陽性HP 的患者胃上皮細胞中SMOX mRNA 表達和SMOX 蛋白水平顯著增加［13］。哺乳動物中的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NADPH 氧化酶；NOX）是一種通過質(zhì)膜傳輸電子的酶。電子受體是氧，所以反應產(chǎn)物是。有研究表明，NOX1 復合體成分在胃炎和胃腫瘤的上皮細胞中均上調(diào)，表明胃中NOX1/ROS 信號的炎癥依賴性激活。編碼NOX1 的基因可以在HP感染胃腺癌患者的組織中被誘導［24］。未轉(zhuǎn)化的原發(fā)胃竇上皮細胞和感染HP26695 的胃上皮細胞系通過涉及RAS 相關(guān)的C3 肉毒桿菌毒素底物1（Rac1）的相關(guān)信號轉(zhuǎn)導過程表達NOX1 并快速瞬時產(chǎn)生ROS［20］。另外，NF-κB 可能在胃炎和胃腫瘤中對NOX1/ROS 通路的激活起重要作用，且ROS 信號已被證明能夠激活NF-κB［25］，表明 NOX1/ROS 和 NF-κB反饋環(huán)的激活對于胃腫瘤的發(fā)展是重要的。

3 HP感染導致自身免疫產(chǎn)生ROS的機制

人類免疫系統(tǒng)能對感染產(chǎn)生強烈的先天和適應性免疫反應，但通常不能完全消除HP，導致持續(xù)感染和慢性炎癥。HP可導致許多細胞類型產(chǎn)生ROS，包括上皮細胞，而中性粒細胞貢獻最大［26］。中性粒細胞被認為是ROS 的主要來源。在中性粒細胞中，NADPH 氧化酶催化細胞膜上ROS 的產(chǎn)生。病原體鑒定后，中性粒細胞立即吞噬細菌，形成吞噬細胞。在吞噬細胞中，捕獲的病原體被NOX 催化產(chǎn)生的ROS 殺死。吞噬過程中，吞噬細胞NOX 的gp91phox催化亞單位被激活［27］，并從細胞質(zhì) NADPH 接收電子。然后，吞噬細胞NOX 將該電子提供給吞噬細胞內(nèi)外的分子氧，產(chǎn)生O2-，一種殺微生物氧化劑的前體。這種在噬菌體中通過超氧化物歧化酶催化或非酶歧化作用轉(zhuǎn)化為H2O2。H2O2可以被動滲透細胞膜，被轉(zhuǎn)化為次氯酸，次氯酸的毒性是H2O2的100倍。吞噬細胞利用這些高ROS 物種殺死致病菌。然而在HP 感染的胃黏膜中，免疫反應不能根除細菌。因此，吞噬細胞產(chǎn)生更多ROS，ROS的過量產(chǎn)生導致胃上皮細胞產(chǎn)生氧化應激。

4 HP對氧化應激損傷的自我防御

除了可以誘導ROS 的產(chǎn)生，HP 對外部ROS 攻擊有各種防御機制。HP 的典型防御是其強脲酶活性，它催化胃中尿素轉(zhuǎn)化為氨。細菌合成精氨酸酶［28］，使用左旋精氨酸作為底物來生產(chǎn)尿素，利用脲酶將尿素轉(zhuǎn)化為氨，這可能是HP 對抗宿主細胞產(chǎn)生的一氧化氮的競爭策略。此外，HP脂多糖通過誘導精氨酸酶和鳥氨酸脫羧酶刺激巨噬細胞產(chǎn)生多胺，誘導巨噬細胞凋亡并抑制一氧化氮合酶（iNOS）表達［22］。HP誘導胃黏膜上皮細胞、血管內(nèi)皮細胞或侵襲性炎癥細胞中誘導型iNOS 的表達。巨噬細胞是iNOS 以左旋精氨酸作為底物誘導的一氧化氮的主要來源［29］。HP間接抑制了外部一氧化氮的攻擊。HP通過各種策略抑制潛在的有害ROS，從而在胃內(nèi)氧化應激環(huán)境中存活。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，HP感染可增加胃癌細胞中ROS的水平，并通過誘導胃上皮細胞中的氧化DNA 損傷以及激活多條致癌途徑來促進腫瘤的發(fā)生。進一步研究HP 誘發(fā)胃內(nèi)氧化應激環(huán)境的機制對于胃癌的預防和治療是非常必要的。其次，抗氧化劑逐漸成為HP感染的潛在治療選擇。隨著腫瘤干細胞研究的進展，研究發(fā)現(xiàn)氧化應激對細胞凋亡和細胞增殖都有一定的促進作用。對這一過程和由此產(chǎn)生的腫瘤轉(zhuǎn)化機制進行持續(xù)研究，以充分理解作用機制，對更有效地預防或早期治療胃癌有重要意義。