幽門螺桿菌及其誘導的細胞自噬對胃癌影響的分子機制

張嘉星，鄧水苗，李玉民

幽門螺桿菌在胃部疾病患者體內(nèi)被大量分離、鑒定到，影響了世界50%以上的人口[1]。慢性胃炎和消化性潰瘍等胃部感染導致的疾病及胃癌等其他胃部疾病都與幽門螺桿菌有著或多或少的聯(lián)系。因幽門螺桿菌感染較高的患病率和潛在的嚴重并發(fā)癥，故適當?shù)脑u估和成功的治療是改善其預后的關(guān)鍵。

近年，隨著幽門螺桿菌對抗生素耐藥性的增加，使得幽門螺桿菌感染患者選擇有效治療方法變得越來越重要。1982年，Marshall等在人類歷史上第1次分離出了幽門螺桿菌；次年，他們通過研究發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌與慢性胃炎有著一定關(guān)系[2]。Hooi等[1]進行的一項系統(tǒng)綜述和薈萃分析發(fā)現(xiàn)，在發(fā)展中國家，特別是非洲和遠東地區(qū)，幽門螺桿菌感染很普遍，如哈薩克斯坦和巴基斯坦患病率分別為79.5%和81.0%；非洲整個大陸報告的患病率最高(70.1%)，在美國的患病率最低(35.6%)；但這一數(shù)據(jù)可能存在偏差，因為在阿拉斯加土著人口中幽門螺桿菌感染患病率最高，為74.8%。表明幽門螺桿菌在特定人群中的流行程度，在一定程度上反映了這個國家的社會經(jīng)濟發(fā)展程度，諸如獲得潔凈水、保健和現(xiàn)代衛(wèi)生設施等基本資源。另外，細菌本身不斷提高的抗生素耐藥性也是造成上述差距的重要因素。幽門螺桿菌的傳播方式是了解其為何能在全球造成如此大影響的關(guān)鍵。有研究表明，幽門螺桿菌主要通過人傳人或一種常見感染源傳播，因在幽門螺桿菌感染者家庭中其他成員體內(nèi)也分離出了相同的病毒菌株[3]。此外，越南的一項交叉研究發(fā)現(xiàn)，在早期幽門螺桿菌感染兒童中，其被幽門螺桿菌感染的母親和外祖母都與其感染有著很大的關(guān)系[4]。

值得一提的是，幽門螺桿菌微生物特征具有獨特適應性，有助于其在人類腸道內(nèi)定居，在許多情況下，還有助于其終身存活。幽門螺桿菌雖然不是嗜酸菌，但它能通過尿素酶的活性，將尿素轉(zhuǎn)化為氨和二氧化碳等，有效地耐受胃腔內(nèi)的低pH環(huán)境；在這個過程中，二氧化碳在胞質(zhì)中α-碳基脫水酶的催化下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，這是尿素分解的兩個關(guān)鍵步驟，故幽門螺桿菌可以存在于胃腔的腐蝕性環(huán)境中[1,5]。因此，幽門螺桿菌與許多胃部疾病和胃癌的發(fā)生都有著密切聯(lián)系。

近年來，隨著研究的不斷深入，幽門螺桿菌與胃上皮細胞自噬關(guān)系的研究越來越多。本文對幽門螺桿菌及其誘導的細胞自噬對胃癌影響的分子機制進行綜述，以期為幽門螺桿菌導致的胃部疾病治療提供新的思路。

1 細胞自噬與胃癌的形成

1.1細胞自噬 自噬是存在于所有真核細胞中的一種常見生物現(xiàn)象，已被證明在人類病理生理反應和疾病中發(fā)揮著重要作用[6]。以下幾個階段共同構(gòu)成了細胞自噬的反應機制:自噬體形成、細胞內(nèi)物質(zhì)識別、自噬體伸長和成熟、自噬體與溶酶體結(jié)合、物質(zhì)降解[7]。細胞自噬具體和復雜的分子機制現(xiàn)尚未完全了解。有研究報道這一過程是由超過35個自噬相關(guān)基因編碼的[8]。在自噬體啟動階段，所形成的互作蛋白會通過激活包括Vps34、ATG14L和VPS15在內(nèi)的第3類磷脂酰肌醇3-kinase復合體，以調(diào)節(jié)自噬小體的形成、激活分子BECN1-AMBRA1和支架蛋白Beclin1[7]。由此產(chǎn)生的PIK3C3復合物PI3P會引起某些效應蛋白(如double FYVE-containing protein 1和WD-repeat蛋白)與磷酸肌肽(WIPIs)相互作用，而這些蛋白是形成成核位點歐米茄體所必需的[9-10]。此外，細胞自噬的過程受到許多與之相關(guān)的信號通路的調(diào)控，其中主要包括西羅莫司靶蛋白(mTOR)依賴的通路，如AMPK/mTOR和PI3K/Akt/mTOR通路，以及非mTOR依賴的通路，如P53通路[9-10]。

1.2細胞自噬在胃癌中作用

1.2.1腫瘤抑制基因作用：在動物體內(nèi)，細胞自噬很多時候被認為是一種防止動物細胞發(fā)生癌變的防御性機制[11]。該機制的主要作用是使生理代謝過程存在異常并且這樣的異常代謝行為會對其他細胞乃至機體造成損傷的細胞進行裂解，使其包含的不能正常行使其功能的蛋白失活并被分解，以保證這樣的細胞不會繼續(xù)產(chǎn)生對生命體有害的物質(zhì)，進而減輕其對機體的損傷和影響，保證機體的其他細胞和組織能夠正常行使其生命功能。也正因為如此，如果與調(diào)控細胞自噬相關(guān)的基因表達出現(xiàn)異常就有可能會導致代謝過程異常的細胞無法被及時降解，進而導致癌癥的發(fā)生。在許多癌癥細胞的基因組分析中，都有研究者發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)的基因發(fā)生了突變和缺失，已經(jīng)被鑒定和了解其功能的自噬激活因子都存在于與癌癥相關(guān)的堿基序列中。當細胞或機體受到一些特定的外界刺激時，自噬相關(guān)基因的表達水平會明顯升高，以減輕外界刺激對機體造成的損傷，并且這樣的基因表達水平上調(diào)會持續(xù)一段時間，以維持機體的生命活動，當外界的刺激消失后，自噬相關(guān)基因的表達水平隨之恢復到正常水平。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在胃部發(fā)生癌變的細胞中，細胞自噬可能會大量甚至過度進行，這樣的現(xiàn)象會使腫瘤細胞生存所需的物質(zhì)被降解，進而導致腫瘤細胞無法汲取到生長和分裂所必需的養(yǎng)分而死亡，這也是機體對腫瘤生長的一種抑制手段[12]。還有一些研究認為細胞自噬的發(fā)生對于腫瘤的形成存在著負面的作用。Yang和Pan[12]研究發(fā)現(xiàn)，在加入5-氟尿嘧啶后，細胞內(nèi)Beclin1基因的表達水平顯著提高，使胃癌細胞增殖受到抑制和胃癌細胞程序性凋亡，最終抑制胃癌的發(fā)育。自噬作用的增強可能會顯著抑制癌細胞的生長。因此，5-氟尿嘧啶可以通過誘導自噬來抑制胃癌細胞[12]。

1.2.2促進腫瘤發(fā)育作用：抗癌治療可在癌癥發(fā)展的早期階段抑制腫瘤，但可促進已形成腫瘤的生長，這也是腫瘤出現(xiàn)轉(zhuǎn)移、復發(fā)和耐化學反應的原因[13]。一些化療藥物對于癌細胞保護性的自噬有著積極的作用，這會使得藥物對癌細胞凋亡的促進作用受到限制。有研究發(fā)現(xiàn)，奧沙利鉑能夠促進胃癌細胞發(fā)生保護性凋亡，同時這一作用也減少了胃癌細胞的原有程序性死亡[14]。最近，還有研究發(fā)現(xiàn)，細胞自噬促進了胃癌細胞中AQP-3介導的對順鉑的耐藥，而自噬抑制劑氯喹則顯著增強了胃癌細胞對順鉑的化療敏感性[15]。綜上所述，細胞自噬對于正常細胞和癌細胞的生長都同時存在著正面和負面的作用。

2 幽門螺桿菌誘導的細胞自噬

2.1急性幽門螺桿菌感染誘導細胞自噬

2.1.1空泡毒素A(VacA)：VacA是最早發(fā)現(xiàn)也是引起細胞損傷最為廣泛的幽門螺桿菌毒力因子[16]。一方面，幽門螺桿菌可通過釋放VacA至線粒體，導致細胞內(nèi)線粒體功能受到一定程度的限制[17]。同時，它還會降低西羅莫司復合物1(mTOR1)的生物活性，導致細胞協(xié)調(diào)營養(yǎng)代謝和能量應激信號的能力下降，從而中毒并喪失穩(wěn)態(tài)[17]。哺乳動物mTOR的抑制是誘發(fā)自噬過程的必要環(huán)節(jié)[18]。在VacA中毒的細胞中，mTOR1活性的抑制緩解了其對unc-51樣激酶復合物的抑制作用，間接激活了參與細胞自噬的空泡分選蛋白34激酶活性，從而誘導了細胞的自噬[19]。另一方面，VacA可以與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1(LPR1)發(fā)生耦聯(lián)，形成復合物。該復合物可以促使細胞內(nèi)活性氧(ROS)的集中和谷胱甘肽的濃度降低，進而促進絲氨酸-蘇氨酸激酶發(fā)生磷酸化。這一過程會使信號通路下游的mTOR被激活，使其對自噬體的形成進行調(diào)控[20]。VacA還可以通過胃上皮細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激誘導自噬[21]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應激可以激活EIF2S1以及下游的DDIT3/ATF4效應蛋白，引發(fā)細胞的自噬，限制幽門螺桿菌對宿主細胞的損傷作用。

2.1.2細胞毒素相關(guān)蛋白(Cag)A：CagA對于幽門螺桿菌的毒力同樣起到了不可忽視的作用[22]。Cag陽性幽門螺桿菌菌株利用CagⅣ型分泌系統(tǒng)將CagA和肽聚糖釋放到宿主細胞中[23]。CagA的侵入可誘發(fā)多種細胞活動，如可以使細胞內(nèi)線粒體的生理活動發(fā)生異常等，而這樣的作用會使得組織發(fā)生炎癥[24]。與VacA作用機制不同的是，細胞內(nèi)的CagA不存在于人胃腺癌細胞系，而存在于巨噬細胞系中[25]。CagA參與c-Met-PI3K/Akt-mTOR信號通路，并且對于細胞自噬起到了負調(diào)控的作用，這一機制會促進幽門螺桿菌感染所造成的炎癥反應。當幽門螺桿菌急性侵染細胞時，VacA與LRP1結(jié)合促進ROS積累誘導的細胞自噬則會使得CagA蛋白被降解和清除[26]。

2.1.3其他參與組分：幽門螺桿菌內(nèi)存在的細菌外膜小泡(OMV)有著把菌體產(chǎn)生的毒力因子傳遞到宿主細胞中的功能，并在體內(nèi)誘導自噬等免疫應答反應[27]。OMV參與LKB1/AMPK信號通路，在這一信號通路中調(diào)控細胞自噬和白細胞介素的產(chǎn)生。除此之外，幽門螺桿菌OMV還可誘導自噬小體形成，這一過程不依賴于VacA的調(diào)控[28]。

幽門螺桿菌還會分泌一種名為HP0175的蛋白。目前已有研究報道該蛋白的功能是促進胃上皮細胞的程序性死亡[29]。HP0175可以在急性感染幽門螺桿菌期間以不依賴VacA毒力因子的信號途徑上調(diào)自噬相關(guān)基因的表達，誘導細胞的自噬[30]。綜上，在急性感染期間，幽門螺桿菌產(chǎn)生的毒力因子會干擾宿主細胞的穩(wěn)定性，這種效應已經(jīng)在VacA或Cag陽性幽門螺桿菌株中被發(fā)現(xiàn)[26]。細胞通過自噬的形式以細胞內(nèi)細菌為靶點，限制其生長和存活，并對其產(chǎn)生的有害物質(zhì)進行清除和降解，這是胃上皮細胞的重要防御機制。

2.2慢性幽門螺桿菌感染抑制細胞自噬 幽門螺桿菌的慢性感染機制與急性感染機制不同。胃上皮細胞長時間暴露于VacA毒力因子作用下的結(jié)局可能類似于VacA陽性幽門螺桿菌菌株的慢性感染模型[31]。VacA長期與宿主的共存破壞了細胞的正常自噬作用，由于幽門螺桿菌產(chǎn)生的VacA抑制了組織蛋白酶D在自噬體中的表達，抑制了自噬體和自噬溶酶體的形成，故在慢性幽門螺桿菌感染過程中，VacA可以進一步抑制胃上皮細胞的自噬[31]。此外，由于細胞無法通過自噬對幽門螺桿菌菌體以及CagA等有害物質(zhì)及時清除，VacA陽性幽門螺桿菌菌株可以持續(xù)駐留在胃黏膜組織中進而誘發(fā)炎癥及腫瘤的發(fā)生[2]。同時，CagA發(fā)揮其作用，使得編碼自噬相關(guān)蛋白的基因表達水平下降，而VacA陽性幽門螺桿菌菌株誘導產(chǎn)生炎癥的細胞因子則被上調(diào)[32]。

有研究表明，MicroRNA(miR)-30b和miR-30d在慢性幽門螺桿菌感染時表達上調(diào)[33]。miR-30b和miR-30d能夠使ATG5-ATG12-ATG16L1蛋白復合體的活性下降，進而導致自噬小體不能夠正常合成，受損的自噬體進一步促進了幽門螺桿菌的持續(xù)感染以及幽門螺桿菌在慢性感染期間的細胞內(nèi)存活[34]。因此，多個信號通路均可在幽門螺桿菌慢性感染導致自噬下調(diào)的過程中發(fā)揮作用。

3 幽門螺桿菌誘導的細胞自噬對胃癌影響

雖然幽門螺桿菌最初誘導細胞自噬可能是宿主對急性感染的防御，但長期受幽門螺桿菌侵襲的細胞，其正常自噬能力減弱，自噬功能受損傷的細胞被機體免疫系統(tǒng)識別的難度增加，未被識別的受感染細胞則會進一步加劇機體的受感染程度，進而導致機體的組織發(fā)生病變引發(fā)炎癥并推動致癌物的形成，而這些致癌物是導致胃癌發(fā)生的關(guān)鍵因素。

自噬受抑制的細胞無法及時降解受損的細胞器及VacA、CagA等毒力因子，這又會進一步加劇有害物質(zhì)的積累、加深線粒體的受損傷程度，并最終造成機體受損[35]。VacA的毒素可引起一系列的細胞內(nèi)功能損傷，如對人體的免疫細胞功能抑制，這使得幽門螺桿菌能夠長時間在胃部生存繁殖[36]。自噬受抑制的細胞中顯示出增加的ROS，從而增加了DNA突變和致癌的可能性[37]，這與Machado等[38]的發(fā)現(xiàn)一致。Tsugawa等[26]研究表明，持續(xù)感染幽門螺桿菌的CD44陽性細胞通過抑制自噬增加了CagA的表達水平，同時磺胺嘧啶可以通過上調(diào)自噬來阻止CD44陽性細胞中CagA的積累，暗示了可通過調(diào)節(jié)細胞自噬對CagA依賴性胃癌的發(fā)生進行預防。此外，西羅莫司可以通過上調(diào)自噬來增加幽門螺桿菌的清除[39]，這表明自噬的誘導因子可能是治療慢性幽門螺桿菌感染的新型抗生素。

目前已有較多研究證明幽門螺桿菌慢性感染誘導的細胞自噬與胃癌的形成存在聯(lián)系。有研究表明，在感染gc026的人胃腺癌細胞中發(fā)現(xiàn)28個自噬相關(guān)基因有顯著下調(diào)；先前從人類自噬數(shù)據(jù)庫和已發(fā)表的微陣列數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，在慢性幽門螺桿菌感染患者中核心自噬基因(ATG16l1、ATG5、ATG4D和ATG9A)有所下調(diào)[31]。幽門螺桿菌感染相關(guān)的自噬還可能調(diào)節(jié)微生物群。有文獻報道，與具有復雜胃微生物群的小鼠相比，沒有共生細菌的小鼠模型中幽門螺桿菌的感染會導致胃腸道上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生出現(xiàn)滯后[39]。這些發(fā)現(xiàn)表明幽門螺桿菌和共生微生物之間的相互作用可能參與胃癌的形成。

綜上所述，幽門螺桿菌在急性感染期間可能干擾宿主細胞的穩(wěn)態(tài)，特別是通過分泌毒力因子產(chǎn)生影響[40]。自噬是限制細菌存活和生長的重要防御機制。在幽門螺桿菌急性感染期間，胃上皮細胞可以誘導典型的自噬以維持穩(wěn)態(tài)。慢性幽門螺桿菌感染可導致自噬相關(guān)蛋白的功能障礙，自噬的抑制可導致持續(xù)性感染。同時，幽門螺桿菌誘導的細胞自噬也與胃癌的形成有著密切聯(lián)系，其對自噬相關(guān)基因以及共生微生物均有影響。因此，幽門螺桿菌感染已經(jīng)成為一個全球性的健康問題。在幽門螺桿菌感染期間，細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)無法維持，參與穩(wěn)態(tài)維持的自噬機制無法正常進行。如果提高胃上皮細胞自噬相關(guān)蛋白含量，則可以加強幽門螺桿菌的清除。這一機制可以應用在自噬誘導物上作為新的治療藥物開發(fā)。雖然幽門螺桿菌獲得多重耐藥的機制依賴于其相關(guān)毒力因子導致的自噬下調(diào)和持續(xù)感染維持，但此過程相關(guān)信號通路中涉及的具體蛋白尚未得到確定，還有待進一步的研究。