幽門螺桿菌生物膜與傳染鏈的關聯及潛在作用

Associationand Potential Role of Helicobacter pylori Biofilmsand Transmission Chain/HUANG Heyin， IANKanglin，MA Fengzhen.//Medical Innovation of China，2025，22（20）：162-167

[Abstract] Helicobacter pylori （Hp）transmisson routes are key factors influencing the epidemiological characteristicsofHp infections inpopulations，andHpbiofilmformation iscriticalforinfectionpersistenceand transmission eficiency.As complex microbial aggregates，Hp biofilms undergo three important phases：aggregation， growth，andfragmentation.Hpbiofilms havebeenassociated withoral-oral，fecal-oral，andother transmission routes.Hpbiofilmsareassociated withoral-oral，fecal-oral，andotherroutesof transmisson，andthepotential mechanismsofactionare primarilythrough theirabilitytoadheretoHptofacilitateHpcolonizationandsurvival，to assist Hp in counteracting antibioticsand the host immune system，and to enhance survival and transmision through aggregation.

[Keywords] HelicobacterpyloriBiofilmTransmissionchain

First-author'saddress：Department ofGeneral Medicine，Binzhou Medical University Hospital， Binzhou 256603，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2025.20.038

幽門螺桿菌（ Hp ）是一種微需氧革蘭陰性桿菌，與多種胃相關疾病有關，包括消化性潰瘍、慢性胃炎、胃食管反流病、功能性消化不良和胃腺癌等。人感染 Hp 通常最早發生在嬰兒和兒童期，常見的傳播途徑為經口－口、糞－口傳播及醫源性傳播等，但具體的主要傳播途徑及影響傳播的關鍵環節尚未達成共識。 Hp 生物膜形成與傳播途徑密切相關。 Hp 的生物膜形成對感染持續性和傳播效率至關重要，因其能發揮對細菌自身提供保護、抗藥性和對抗宿主免疫系統清除的作用。深人研究二者之間的關系可以更好地理解 Hp 的傳播機制，為預防和控制 Hp 傳播擴散及開發新的抗菌藥物提供新思路。

1生物膜的基本概念與構成

生物膜的特定組成成分與其形成的結構化、功能化實體密切相關，這些基本構成是理解其獨特生理特性與環境適應性的基礎，對闡明 Hp 在生物膜狀態下難以根除的機制至關重要。

1.1生物膜的構成

生物膜由胞外聚合物（extracellularpolymericsubstance，EPS）和多糖蛋白復合物等物質組成，這些物質將其包裹形成具有系統化、組織化特征的膜樣聚合物。其最顯著特征就是豐富的EPS，EPS由細菌分泌的多糖、蛋白、核酸、脂類及一些具有黏性和保護性的基質構成，微生物菌落黏附或嵌入EPS 中[1-3]。生物膜可以附著在皮膚、傷口組織或留置醫療器械等表面上，也可懸浮在宿主膿液或黏液等次級基質中[4-5]。在成熟階段，生物膜呈現蘑菇狀結構，在發展的末期釋放出微生物，定植到新的表面，成為新的感染源，可能與慢性感染和醫源性感染有關[6-8]。細胞外基質的組成因物種和菌株而異。盡管單個細胞可能會競爭資源和空間，但生物膜中的微生物共存提供了優勢，包括保護免受環境壓力和獲得營養等方面的優勢[9-10]。因此，生物膜中的細菌由于難以處理和分離而引起許多環境和治療問題。

1.2 Hp 生物膜的結構特征

1999年，Stark等[]首次發現了 Hp 生物膜的存在，并在多項體外研究中確認了其存在，包括在細胞培養物和蔬菜表面等環境中。Hp生物膜通常由多種生物大分子組成，包括多糖、蛋白質和DNA等[2]。Hp 生物膜能夠對環境應激源（如 pH 值變化、抗生素和宿主免疫防御）表現出耐藥性。生物膜通常具有獨特的三維結構，其細胞間距異質，形成通道網絡[13]。研究表明不同細菌的生物膜結構各異，生物膜結構與對噬菌體的保護有關，同時也能介導生物膜中細菌和細胞之間的合作和競爭相互作用的重要因素[14]。此外，研究表明生物膜通道允許氧氣、營養物質和廢物通過，這可能導致 Hp 難以根除，因此深人研究 Hp 生物膜的形成過程和特性對于研究感染機制和開發治療策略至關重要[15]。

實驗室研究表明，在液體和固體培養基中培養Hp 可以觀察到 Hp 生物膜的存在，而培養環境和條件可能會影響Hp生物膜的形成]。 Hp 的黏附性是生物膜形成的起始階段，其受表面電荷（最好是負電荷）流速（與黏附率成反比）的影響，而環境溫度對其影響較小[6]。 pH 值是影響生物膜形成后續過程的重要因素，研究表明，隨著 pH 值的降低，Hp產生生物膜的能力也下降，尤其在形成早期階段[7]。此外， Hp 培養基的化學成分和生長期主要影響 Hp 生物膜的成熟階段，實驗結果顯示，Hp生物膜最佳生長條件為低血清含量（ 2% ）和3d培養[18-19]。延長培養時間并不會增加生物膜的大小，有時甚至會減小其大小[2]。生物膜的形成過程經歷三個重要的階段：聚集、生長和分裂。以下將通過生物膜形成重要階段進行論述。

1.2.1生物膜聚集通過表面吸附后，Hp開始聚集形成微生物群落，被認為是生物膜的早期形式[21]。

研究表明，不同菌株在體外條件下僅需數小時即可形成多細胞聚集體，而更復雜的結構則可能在培養1d 后形成 [2-23]。共聚焦顯微鏡觀察顯示，Hp 在24h 內首先在液態空氣界面形成生物膜，然后在液態空氣界面和底部形成聚集體，作為生物膜的組成部分[9，24]。此外，生物膜的形成不受連續傳代、營養成分和培養條件的顯著影響。

1.2.2生物膜生長在胃活檢過程中，觀察到既有螺旋形又有球形的 Hp ；而在非生物表面上，大多數細胞呈球形，少數呈桿狀形態[25]。最近的研究表明，球形的 Hp 在長達 70h 的培養后仍能保持生物膜的完整性和代謝，這表明它們可能是活的休眠體，極端條件下依然能夠維持其生物活性和功能。分析Hp生物膜的形態結構表明，球形 Hp 細胞在生物膜產生方面表現出明顯優勢，而桿狀 Hp 生物膜生成能力較弱，但其產生的生物膜更為成熟。球形的Hp具有較強的生物膜產生能力，而桿狀Hp的產生能力較弱，但在成熟的生物膜中，桿狀 Hp 占主導地位[26]

1.2.3生物膜分裂Hp生長達到最佳狀態后會分裂。Hp利用群體感應分子自誘導因子-2（autoinducer-2，AI-2）調節生物膜的產生和分裂。最初認為AI-2是 Hp 的趨化劑，但 Hp 可以通過群體感應信號分子AI-2合成酶（quorumsensingsignalmolecule autoinducer-2synthase，luxS）基因以細胞密度依賴性的方式表達該分子，表明 Hp 可以通過AI-2分泌有效控制局部密度[27]。最近的研究發現，AI-2促進了 Hp 生物膜的分裂。與同種WT菌株相比，缺失luxS 基因的 Hp 能顯著促進生物膜的形成[28]。

2Hp生物膜與傳播途徑的關聯

生物膜與 Hp 傳播的影響因素、具體的傳播途徑密切相關， Hp 生物膜的形成對感染持續性和傳播效率至關重要。

2.1 Hp 傳播的影響因素

主流研究認為人類和動物是傳播過程中的傳染源，有學者指出人與人之間的傳播是最重要的途徑。Hp 在人際傳播中與居住條件、社會經濟條件和衛生習慣等因素密切相關[29]。流行病學調查顯示，在發達國家如北美和北歐， Hp 的感染率約為 30% ，而在一些發展中國家，感染率可高達 50%^[30] 。研究發現，不同國家的地理差異、社會經濟地位、城市化水平和兒童期衛生條件等因素對 Hp 的感染有較大影響，尤其是在發展中國家[31-33]。另外，研究表明家庭聚集性感染是 Hp 感染的重要特征，在我國的一些地區，家庭 Hp 感染率甚至可高達 70% 以上，超過一半的患者存在家庭傳播[34-35]。在家庭單位內，有 Hp 感染的父母，尤其是母親，在傳播中扮演著重要角色，當然 Hp 的傳播也會發生在兄弟姐妹和配偶之間，這可能與中國傳統的共餐飲食習慣有關[36]。

2.1.1口－口傳播途徑與生物膜口－口傳播在Hp傳播途徑中被認為扮演著重要角色，生物膜可能發揮重要作用，口腔復雜環境利于 Hp 生物膜的形成?？谇豢赡苁荋p的一個關鍵“棲息地”。然而，口腔是否是口－口傳播的關鍵點仍存在爭議。1989年，Kraiden等首次報道了 Hp 存在于牙菌斑中，但其檢出率不盡如人意；最近一項Meta分析顯示，共1861 名患者中的23項研究中，口腔（牙菌斑）和胃 Hp 的雙重感染率僅為 49.7%[95%CI （ 16.0% 83.4% ）]，兩者之間并無直接相關性[37]。而另有研究報道， Hp 從口腔的不同部位被分離并培養出來，包括唾液和牙菌斑[38。這可能進一步證實了口腔在 Hp 經口傳播中的重要性。這些證據表明，患有胃內 Hp 感染的患者不一定在口腔內有 Hp 存在，反之亦然。就目前盡管在口腔中檢測并培養出 Hp 但其檢出率與胃內 Hp 不一致，無法得出明確的 Hp 口－口傳播結論。即使檢測到 Hp ，口腔中的 Hp 和胃中的 Hp 之間并沒有被證實存在確切聯系。目前仍不清楚 Hp 是否能在口腔中長期存在，也無法證實口腔是否是 Hp 的永久居所。總之，口－口傳播是 Hp 的傳播途徑之一[39]。但目前的研究結果尚無法直接證明口－口傳播普遍存在。

2.1.2糞－口傳播途徑與生物膜糞－口傳播可能是 Hp 主要傳播途徑之一， Hp 生物膜在傳播效能中發揮重要作用。以往的研究已經證實，在糞便中可以檢測到 Hp 特異性抗原和DNA，但Hp在腸道傳播過程中的活性尚不明確。最初Thomas等[成功從糞便中分離出 Hp ，但在重復實驗中未能在感染 Hp 患者的糞便中檢測到 Hp 。這可能是因為糞便中存在大量且復雜的菌種與 Hp 競爭，導致其數量減少，使其濃度低于其他具有公共衛生重要性的糞便病原體，從而無法成功培養 Hp^[40-41] 。最近有研究調查 Hp 與腸道病毒71（EV71）之間的相互作用。結果表明，大量的 Hp 生物膜能夠顯著延長和維持EV71的活力，而EV71通過糞口途徑傳播，這可能是 Hp 糞口傳播的重要來源之一[42-43]。然而，目前對于 Hp 確切的傳播方式尚未有明確結論[44]。深入研究 Hp 傳播途徑有助于降低感染率，并提供治療策略的思路。

2.1.3其他傳播途徑與生物膜關于Hp的傳播途徑，研究者認為還有通過胃－口傳播，人類可能通過接觸感染患者的嘔吐物而感染 Hp ，但目前并沒有確鑿的理論或經驗證據支持這一觀點。在此種傳播途徑中 Hp 生物膜發揮作用的相關文獻報道較少，尚無定論。1999年，Parsonnet等[45]對16名無癥狀Hp 感染者和1名健康者進行催吐，所有試驗者的嘔吐物標本均成功培養出 Hp 。此外，從6名嘔吐期間采集的空氣樣本中也培養出 Hp 。然而，在未感染的受試者中未檢測到 Hp 。這表明在胃腸道疾病的發作期間，尤其是伴有嘔吐時， Hp 具有潛在的傳染性。2000年，一項關于胃中 Hp 數量的研究發現，一半患者RUT和 Hp 組織學結果陽性， 38% 患者的胃液中成功培養出63株 Hp ，胃液中 Hp 中位數為 1.75×10¹CFU/mL^[46] 。2009年，從孟加拉國急性胃腸炎患者的嘔吐等物中分離出許多具有轉錄活性的 Hp 菌株[47]。 Hp 的胃－口傳播可能更常發生在有嘔吐癥狀的患者中，如急性胃腸道疾病、肝膽胰疾病、中樞性神經病變、咽喉部疾病中，亦可出現在胃腸鏡操作、咽喉鏡檢查、口腔科治療過程中導致嘔吐而出現醫患之間的感染。因此，該傳播途徑不能被認為是一種廣泛的傳播途徑。另外有學者認為肛門－口腔途徑、生殖器－口腔途徑也有傳播可能[38]。但目前研究關注較少，還沒有直接的證據來證實這些假設。

3Hp生物膜在傳播途徑中潛在作用機制

Hp生物膜的形成對其傳播途徑具有重要影響體現在生物膜不僅提供了 Hp 生長和繁殖的理想環境，還能為其對環境、宿主和抗菌藥物的攻擊提供保護性的屏障，有助于抵御外部壓力并確保其在宿主內部的存活和傳播，進一步導致了 Hp 慢性感染，也可能與 Hp 復雜感染時不能完全根除有關。

3.1生物膜附著能力促進 Hp 的定植和生存

生物膜增強了 Hp 在宿主組織上的附著能力，從而促進它們在胃腸道內的定植和生存。有研究表示，在健康人群中，生物膜通常形成于在黏液上層，而在疾病時，生物膜會直接與上皮細胞相互作用并且穿透黏液[48]。這也證明了生物膜能夠增加Hp 在胃黏膜表面的附著能力，使其更容易定植并形成感染。例如在腸隱窩生物膜和類似生物膜的細胞內結構中，生物膜會干擾宿主細胞正常功能并導致慢性炎癥發生[27]。

3.2生物膜協助Hp對抗抗生素和宿主免疫系統

在Hp根除治療中，抗生素是主要的治療方法，然而約1/4的感染者在接受標準治療后仍未痊愈，這也進一步表明了在促進Hp獲得高抗生素耐受性方面，生物膜的形成可能起著十分重要的地位[33，42，49]。目前在 Hp 生物膜對抗生素耐藥性的機制上還沒有確切的答案，多認為與Hp生物膜抗抗生素和生物膜細胞的生理狀態、細胞外基質形成的物理屏障有關，其可以減少抗生素的滲透[50-51]；除了抗生素耐受性外，生物膜還能促進不同亞群之間的基因交流，因此生物膜被認為是遺傳多樣性的寶庫。研究表明，抗生素耐藥性基因在生物膜中的傳播速度加快，這是通過水平基因轉移、整合共軛元素和自然轉化實現的[52]。

生物膜還可以通過抵御宿主免疫細胞的殺傷作用，從而提高Hp 在宿主內的生存率。Gaddy 等[53-54]證實，暴露于亞抑制濃度的宿主抗菌蛋白——鈣衛蛋白（calprotectin，CP）會導致脂質A結構改變，從而導致表面疏水性降低和生物膜形成增加而使Hp逃避宿主免疫反應；也有研究者認為 Hp 生物膜通過與基質相關的蛋白甘露聚糖機制來逃避機體免疫。研究顯示，蛋白聚糖具有抑制B淋巴細胞、T淋巴細胞和促進肥大細胞脫顆粒等多種免疫調節作用[55-56]。而這個過程會釋放影響胃腸黏膜屏障的相關介質（例如組胺、血清素、絲氨酸蛋白酶和蛋白聚糖）[28]。恰巧有研究證實， Hp 感染的胃炎的發病機制與肥大細胞脫顆粒和主動抑制T細胞反應的調節性T細胞有關[56-57]。

雖然在生物膜中發現的Hp可能受到抗菌劑和免疫系統的保護，但 Hp 生物膜在體內免疫系統抗生素耐藥性和清除中的作用仍有待研究。

3.3生物膜通過聚集提升生存和傳播能力

生物膜有助于 Hp 形成聚集體，并通過食物、水源等途徑進行有效傳播，造成傳染性疾病的蔓延。Ng 等[43]發現， Hp 能夠在蔬菜表面形成生物膜并以微菌落的形式存在，從而增加了 Hp 在蔬菜上長時間存活的可能性。這進一步表明， Hp 能在人類常見的食物中生存，生物膜起著重要作用，并促進了Hp 的傳播。

4展望

未來在Hp生物膜形成與傳播途徑研究領域的持續探索將為醫學領域帶來重要的啟示。首先，深入研究生物膜形成機制，包括基因表達調控和生物膜結構分析，有助于揭示 Hp 生物膜形成的關鍵步驟和調控機制；其次，深入探討不同傳播途徑對生物膜形成的影響，有助于理解生物膜在傳播過程中的作用機制，為干預策略的制定提供理論依據；此外，開展針對生物膜的干預策略研究和更廣泛的流行病學調查，可為 Hp 感染的防控策略優化和藥物研發提供新思路。

綜上所述，生物膜的形成不僅提高了細菌的黏附性和抗藥性，還增加了其在宿主內的存活率，從而加劇了感染的嚴重性和難治性。通過深入了解生物膜的形成機制及特性，能夠從根源上有效控制Hp 傳播，可以更好地指導臨床治療，選擇更有效的抗生素和抗生物膜藥物，提高治療成功率。

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