幽門螺桿菌毒力因子及其誘發(fā)胃癌作用機制研究進展

孫振燦，張曉彤，王軍，鄭亞，王玉平，姬瑞，4

1 蘭州大學第一臨床醫(yī)學院，蘭州 730000；2 蘭州大學第一醫(yī)院消化科3 蘭州大學第一醫(yī)院消化內(nèi)鏡中心；4 甘肅省消化系疾病臨床醫(yī)學研究中心

胃癌的發(fā)生發(fā)展是一個多因素、多步驟的過程，遺傳、輻射、細菌和不良飲食習慣等均可導致胃癌發(fā)生。幽門螺桿菌（Hp）是胃癌最重要的危險因素之一。一項綜合了我國26個省份、98項研究的薈萃分析顯示，中國人群Hp 感染率約為49.6%［1］。Hp 感染率較高，且易引起不同程度的胃腸黏膜病變，如慢性胃炎、消化性潰瘍、萎縮性胃炎、胃癌等。Hp在多種毒力因子的幫助下，可以逃離胃內(nèi)的惡劣酸性環(huán)境，在胃黏膜定植，與胃上皮細胞相互作用，通過改變宿主信號通路、在胃黏膜內(nèi)誘導炎癥、促使上皮間質轉化形成、破壞宿主免疫系統(tǒng)等多種機制導致胃上皮細胞癌變［2］。除了經(jīng)典的細胞毒素相關基因A（CagA）、空泡細胞毒素（VacA）和外膜囊泡（OMV），更多新發(fā)現(xiàn)的毒力因子也成為目前的研究熱點。現(xiàn)將部分常見且研究較多的Hp 毒力因子及其誘發(fā)胃癌的作用機制綜述如下。

1 Hp生存相關的毒力因子及其誘發(fā)胃癌機制

人胃內(nèi)pH 值最低可達到2～3，普通細菌無法生存，然而Hp在脲酶的幫助下，不僅可以在pH值極低的胃內(nèi)生存，還可以通過各種機制致病。

Hp 脲酶根據(jù)所在部位分為細菌內(nèi)脲酶和細菌外脲酶，細菌內(nèi)脲酶由Hp 產(chǎn)生，細菌外脲酶是胃內(nèi)細菌裂解產(chǎn)生，可附著于Hp表面。脲酶催化尿素水解產(chǎn)生氨和氨基甲酸酯，氨基甲酸酯進一步分解產(chǎn)生銨和二氧化碳，其中銨能夠中和胃酸，二氧化碳能夠保護Hp 免受各種代謝產(chǎn)物的殺傷作用，為Hp 在胃內(nèi)的生存提供必要條件。同時，脲酶還可通過促進血管生成等方式，提供腫瘤細胞生長、侵襲和擴散轉移所必需的營養(yǎng)和氧氣。新近研究表明，Hp感染胃細胞后，脲酶通過PI3K/AKT/mTOR 通路增加缺氧誘導因子表達，通過促進血管形成、細胞增殖、誘導遺傳不穩(wěn)定等機制促進胃癌進展［3］。另有研究顯示，脲酶不僅能夠破壞細胞間連接、增加中性粒細胞黏附、誘導內(nèi)皮細胞產(chǎn)生氧化介質，還可誘導核因子κB（NF-κB）通路激活，增加環(huán)氧合酶2、血紅素加氧酶1和血管內(nèi)皮生長因子受體2表達，促進內(nèi)皮細胞分化［4］，促進Hp感染進展為胃癌。

2 Hp定植相關的毒力因子及其誘發(fā)胃癌機制

Hp在胃內(nèi)存活后，開始在外膜蛋白家族的幫助下在胃黏膜定植。外膜蛋白家族主要包括外部炎癥蛋白A（OipA）、Hp 外膜蛋白Q（HopQ）、血型抗原結合黏附素（BabA），這些毒力因子與宿主胃上皮細胞相互作用，幫助Hp建立持久感染。

2.1 OipA OipA 通過改變該基因信號肽編碼區(qū)CT 二核苷酸重復的數(shù)量，調節(jié)OipA 基因為功能性（開啟）或非功能性（關閉）。功能性OipA 相較于非功能性OipA 可顯著增加消化性潰瘍和胃癌發(fā)生的風險［5］。首先，OipA 通過上調miR-30b 表達，削弱胱氨酸—谷氨酸轉運體，減少谷氨酸釋放，削弱胃黏膜的保護屏障，使胃上皮細胞更易于被Hp 黏附和定植；其次，OipA 可誘導宿主細胞凋亡。TEYMOURNEJAD 等［6］用不同濃度OipA 處理胃上皮細胞，發(fā)現(xiàn)OipA 蛋白可通過線粒體途徑上調細胞凋亡相關蛋白B淋巴細胞瘤2（Bcl-2）和Bcl-2關聯(lián)X蛋白（Bax），激活宿主細胞凋亡，并且細胞凋亡率隨OipA 蛋白濃度升高而升高。Hp分泌多種毒力因子時，毒力因子之間可相互促進其致病能力，OipA 和CagA 共同表達陽性的Hp表現(xiàn)出更強的黏附能力。研究顯示，感染VacA+/BabA2+/OipA+基因型Hp的患者，發(fā)生癌前病變及胃癌的風險增加［7］。

2.2 HopQ HopQ 通過與人癌胚抗原相關細胞黏附分子（CEACAM）結合發(fā)揮其致病作用。TAXAUER 等［8］研究顯示，Hp通過HopQ-CEACAM 相互作用與胃上皮細胞結合，激活胃細胞內(nèi)非經(jīng)典NF-κB 通路，加重Hp 促炎反應。在腫瘤發(fā)展早期，可以觀察到HopQ 與CEACAM 相互作用，抑制自然殺傷細胞和T 淋巴細胞功能［9］。這表明HopQ 可通過抑制免疫細胞活性，保護腫瘤細胞的發(fā)育和生長，因此HopQ-CEACAM 可能作為預防和治療Hp 相關胃部疾病的潛在靶點。

2.3 BabA Bab 有三個基因組位點，分別為BabA、BabB和BabC。BabA 蛋白是由BabA2基因編碼的一種黏附蛋白，分子量為75～80 kD。作為一種黏附蛋白，BabA 與Hp 形成BabA 嵌合基因，在宿主胃上皮細胞定植，并避免被宿主免疫系統(tǒng)清除，產(chǎn)生強力且持久的感染。一項薈萃分析結果表明，感染BabA2+基因型Hp 可能增加胃癌的發(fā)病風險［10］。此外，BabA 也參與不同毒力因子的協(xié)同作用，誘導更嚴重的感染和炎癥反應，促進胃癌發(fā)生發(fā)展。

3 Hp致病相關的毒力因子及其誘發(fā)胃癌機制

Hp 在胃上皮細胞存活、黏附并成功定植后，與致病相關的CagA、VacA、OMV、γ-谷氨酰轉肽酶（GGT）和高溫需求蛋白A（HtrA）等毒力因子進一步誘導炎癥反應、促進細胞增殖、增強腫瘤細胞侵襲和轉移，促使胃部炎癥逐步向癌癥轉化。

3.1 CagA CagA 是由Cag 致病島編碼的Hp 最重要的毒力因子之一。Hp在胃上皮細胞定植后，分泌一種毒力因子HtrA 蛋白，切割細胞間的閉合蛋白、緊密連接蛋白8 和上皮細胞鈣黏蛋白，打開上皮細胞間的連接，Hp穿過極化細胞單分子層到基底外側膜并通過Ⅳ型分泌系統(tǒng)將CagA 易位到胃上皮細胞內(nèi)［11］。CagA 進入胃上皮細胞后，其羧基端氨基酸序列可以被宿主細胞的Src/Abl酪氨酸激酶磷酸化，磷酸化的CagA 與含有SH2 結構域的蛋白酪氨酸磷酸酶結合并激活該酶，未磷酸化的CagA與多種蛋白相互作用，激活多種信號通路，導致胃癌發(fā)生。

在胃疾病的發(fā)展過程中，慢性炎癥是萎縮、腸化生及異型增生的起點，也是促進胃癌發(fā)展的重要因素。CagA 可以通過下調GKN1、Runt 相關轉錄因子3、p53 等腫瘤抑制基因，誘導慢性炎癥反應，為腫瘤發(fā)生創(chuàng)造條件［12-14］。CagA 還可以通過下調Afadin蛋白、誘導癌癥干細胞樣表型、過度激活成纖維細胞、下調程序性細胞死亡蛋白4 等途徑［15-18］誘導胃黏膜內(nèi)上皮—間質轉化，使上皮細胞獲得間質細胞表型，細胞極性喪失，形狀變得細長，細胞間黏附能力減低，這對細胞侵襲和遷移至關重要。在誘導慢性炎癥、上皮—間質轉化等過程中，CagA 可通過激活PI3K/AKT通路誘導XIAP E3泛素連接酶磷酸化，增強宿主促凋亡因子Siva1蛋白泛素化，導致其蛋白酶體降解，從而抑制胃上皮細胞凋亡，最終導致胃癌發(fā)生［19］。

CagA 不僅可以單獨致病，其與VacA 等毒力因子之間的相互影響也是研究熱點。研究表明，在VacA 與CagA 共感染的情況下，VacA 可影響宿主細胞自噬，從而導致CagA 在宿主細胞內(nèi)積累，加速胃癌發(fā)生和進展［20］。

3.2 VacA VacA 基因包含三個序列變化的非均質區(qū)域，研究較為廣泛的有“s”區(qū)域、“i”區(qū)域和“m”區(qū)域。不同區(qū)域的序列又可以分為不同的亞家族，如s1 和s2，i1、i2 和i3，m1 和m2。VacA 基因型的多樣性影響VacA 蛋白的表達，一項薈萃分析發(fā)現(xiàn)，VacA s1m1 基因型顯著增加胃癌的風險［21］。EL KHADIR 等［22］研究認為，VacA i1 基因在預測胃癌前病變方面較強。

VacA 進入胃上皮細胞后，通過引起細胞空泡化、損傷線粒體功能、調節(jié)自噬、觸發(fā)內(nèi)質網(wǎng)應激等多種機制致病。TENG 等［23］報道，VacA 通過p38 MAPK 通路誘導胃上皮細胞下調腫瘤壞死因子受體相關蛋白1，損傷胃上皮細胞線粒體功能，并誘導細胞凋亡，顯著增加癌變風險。CAPURRO 等［24］報道，VacA 通過改變瞬時受體電位膜通道黏液蛋白1 活性，抑制細菌溶酶體和自噬對Hp 的殺傷，保證其存活。此外，VacA 還可通過觸發(fā)內(nèi)質網(wǎng)應激和增加活性氧等方式，激活細胞自噬［25］，在保護Hp 的同時還能加劇胃上皮細胞死亡。

3.3 GGT GGT 主要通過將谷氨酰胺水解為氨基酸和氨這一機制對宿主產(chǎn)生影響。宿主細胞內(nèi)谷氨酰胺減少會破壞胃黏膜細胞代謝和氧化還原平衡，影響胃黏膜細胞功能。GGT 水解谷氨酰胺可以為Hp 提供碳源和氮源，釋放的氨不僅可以中和胃酸，為Hp 提供生存環(huán)境，還可以增強VacA 誘導的細胞空泡化，增強Hp生存能力。GGT水解谷氨酰胺還會影響宿主免疫系統(tǒng)，WüSTNER 等［26］研究表明，GGT剝奪CD4+淋巴細胞的谷氨酰胺，抑制效應細胞因子激活和表達，抑制c-Myc基因和干擾素調節(jié)因子4表達，起到干擾T 細胞增殖的作用。K?BISCH 等［27］研究表明，谷氨酸水平升高可抑制cAMP 信號傳導和IL-6分泌，避免Hp被樹突狀細胞清除。GGT 對宿主免疫系統(tǒng)的干擾幫助細菌在胃環(huán)境內(nèi)的存活和定植，建立持久的感染。而且間充質干細胞內(nèi)谷氨酰胺減少會促進其增殖、遷移和自我更新能力，加速其向癌癥細胞轉化。因此認為，GGT 水解谷氨酰胺這一機制在Hp促進胃癌過程中發(fā)揮重要作用，補充谷氨酰胺可能有助于抵抗Hp 感染的慢性損傷，拓寬Hp感染治療中的藥物應用。

3.4 OMVs OMVs 是Hp 自然分泌的囊泡，直徑20～300 nm，釋放后被胃上皮細胞內(nèi)吞吸收。OMVs在Hp建立持續(xù)性感染過程中起重要作用，其攜帶的過氧化氫酶可以有效中和活性氧［28］，使Hp免受致命的氧化損傷。OMVs 在保護細菌的同時，還會影響宿主免疫系統(tǒng)。有研究表明，OMVs 可以誘導單核細胞表達環(huán)氧合酶2，從而抑制T 細胞反應，促進感染建立［29］。OMVs 除了可以保護病原體、破壞宿主免疫系統(tǒng)，還可以借囊泡向胃上皮細胞轉運VacA、CagA、脲酶等毒力因子，促進其他毒力因子對宿主的傷害。

Hp在人體內(nèi)誘導毒力因子表達，在毒力因子的幫助下，Hp在宿主胃上皮細胞內(nèi)存活、黏附并定植，通過誘導慢性炎癥、調節(jié)宿主細胞凋亡和自噬、下調抑癌基因表達、干擾宿主免疫系統(tǒng)等機制誘導癌前改變，對胃癌的發(fā)生發(fā)展、生長分化和侵襲轉移發(fā)揮重要作用。進一步深入探索更多的毒力因子及其致病機制，有助于為胃癌的早期診斷、疾病發(fā)展、預后判斷和靶向治療等提供新的思路。