石岩岩 综述 丁士刚 审校

(北京大学第三医院消化科,北京 100191)

胃癌的发生是一个多步骤、多因素进行性发展的过程。胃癌发生与幽门螺杆菌感染密切相关。深入研究幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)感染致胃癌的作用有利于明确胃癌的发病机制,从而为胃癌的防治包括微创手术的治疗提供有力的保证。

Hp是一种微需氧革兰阴性菌,可以定植在胃黏膜起致病作用。胃癌高发的国家,像中国和日本,Hp的感染率也很高[1]。1994年世界卫生组织国际癌症研究机构将其列为Ⅰ类致癌因子[2]。

很多研究表明 Hp发挥致病作用与其体内所含有的各种具有致病性的毒力因子有关。按存在的形式,可将这些因子分为菌体蛋白及分泌型蛋白。对这些因子致病机制的研究具有重要的临床意义。

1 Hp菌体蛋白与胃癌

1.1 脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)

LPS是革兰阴性菌胞膜的主要组成成分,由内核和脂质 A组成,多糖成分主要含半乳糖、氨基葡萄糖、葡萄糖等。LPS能使转化生长因子 β激活性激酶 1(TAK1)及 TAK1结合蛋白 1(TAB1)磷酸化,激活半胱天冬酶 8(caspase-8),引起线粒体膜电位的改变,使细胞色素 C释放,致细胞凋亡。而胃黏膜上皮细胞完整性的维持通过细胞增殖与凋亡之间的平衡来实现,这一平衡的破坏必将导致为黏膜产生病理变化,发生胃炎、萎缩、溃疡甚至胃癌[3]。

1.2 尿素酶(urease,Ure)

Ure包含 Ure A和 Ure B两个亚单位。位于 Hp表面的胞外尿素酶是靶向于胃黏蛋白的黏附素,对Hp感染和定植起重要作用[4]。尿素酶水解尿素生成 CO2和 NH3,缓冲胃的酸性环境,保证 Hp存活[5]。Ure B可诱导细胞凋亡,且能使细胞 S期比率增高,G2～M期比率下降。尿素酶可以和胃上皮细胞表面主要组织相容性复合体(MHC)Ⅱ类分子结合并诱导其凋亡;分解尿素产生氨,而分解氨使细胞能量衰竭,诱发线粒体发出凋亡信号。杨卫红等[6]对 Hp阳性的 59例胃黏膜肠上皮化生及 56例无肠上皮化生病人血清中 Ure A抗体水平进行对比,显示肠上皮化生组 Ure A的抗体滴度显著高于无肠上皮化生组,说明这种蛋白可能与肠上皮化生的发生有关,从而可能是 Hp致胃癌的早期事件之一。

1.3 血型组抗原结合黏附素(blood group antigen binding adhesin,BabA)

BabA是一种相对分子质量 78 000的外膜蛋白,由 babA基因编码,起黏附分子的作用,介导菌体与果糖 Lewis b抗原牢固结合,而 Lewis b抗原在胃上皮细胞表面及胃黏膜都有表达[7]。不同菌株BabA蛋白的氨基酸具有多态性,而且 BabA的表达受人群中受体类型的调节。Hp菌株表达 BabA蛋白时存在的异质性可能是 Hp感染个体产生不同临床后果的一个原因。Hp与胃上皮细胞的黏附能够促进 Hp定植,并将毒性因子输送给宿主细胞发挥作用[8]。

1.4 唾液酸结合黏附素(sialic acid binding adhesin,SabA)

SabA介导菌体与 Lewis x/a抗原较弱地结合,后者在炎症时上调。由 SabA介导的黏附可以增强炎症反应,当宿主的炎症反应变得很强时,SabA的表达被关闭,使细菌能够从炎性上皮的密切接触中逃离,从而致感染长期持续存在[9]。

1.5 外炎症蛋白 A(outing inflammatory protein A,OipA)

OipA与细胞毒素相关基因 A(cytotoxinassociated gene A,cagA)所在的区域 CagA致病岛(cag-PAI)相连接,影响胃黏膜白介素 8(interleukin 8,IL-8)的水平,而 IL-8是一种很强大的中性粒细胞趋化及活化因子。OipA突变可以降低来自胃上皮细胞的 IL-8,所以认为 OipA是前炎症反应的诱导蛋白[10]。OipA还可以作为一种黏附素,促进细菌的定植。有 OipA表达的菌株与胃黏膜的黏附比无OipA表达的菌株更紧密[11]。

2 Hp分泌型毒力因子与胃癌

2.1 细胞毒素相关蛋白 A(CagA)

cag-PAI包含 31个基因,其中有很多编码Ⅳ型细菌分泌系统的组分,cag-PAI在 Hp的致病机制中起主要的作用,且并非在所有的菌株中都有表达。CagA由 cagA基因编码,是一种免疫显性蛋白。CagA通过 Hp的Ⅳ型分泌系统(T4SS)被输送至胃上皮细胞内。Lemke等[12]的研究表明,一种伴侣分子样的蛋白 CagF,可以与 CagA的 C-末端分泌信号相互作用,从而参与 CagA识别的早期阶段,并在CagA的输送过程中起重要作用。CagL是 cag-PAI编码的另一种蛋白,可以与胃上皮细胞表面的整合素相互作用,激活整合素,辅助 CagA转送到宿主细胞[13]。CagA激活宿主细胞内的酪氨酸激酶,自身被磷酸化,然后使宿主细胞的蛋白发生磷酸化,启动下游的信号途径,并与多种蛋白作用引起细胞的变化。如通过与含 SH2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶 2(SH2-containing protein tyrosine phosphatase 2,SHP-2)作用活化 MAP激酶而促进细胞周期进程,认为SHP-2在细胞转化及胃癌生成中起重要作用。CagA的表达在东西方有差异,在西方国家,大约 60%的Hp菌株携带 cag-PAI,而在东亚,几乎所有的菌株都是 cag-PAI阳性。且 Pattis等[14]的研究表明,CagA阳性菌株感染引起的胃黏膜上皮细胞凋亡较CagA阴性菌株更为严重。而杨卫红等[6]在山东烟台检测 115例 Hp阳性但萎缩和肠上皮化生情况不同的病人血清中 CagA抗体水平,未观察到 CagA与胃黏膜萎缩及肠上皮化生的关系。

产生这种东西方差别的原因有如下解释。酪氨酸的磷酸化发生在 CagA的 Glu-Pro-Ile-Tyr-Ala(EPIYA)基序上。这个基序有很大的多样性,西方人 Hp主要包括 EPIYA-A,EPIYA-B和 EPIYA-C片段,东亚人 CagA缺少 EPIYA-C片段,代之为EPIYA-D片段。西方和东亚菌株中 CagA的酪氨酸磷酸化位点分别位于 EPIYA-C和 EPIYA-D。其是与 SHP-2结合进行作用,同时胃上皮细胞中长期高表达的 SHP-2能诱导细胞凋亡,进而发生转化[15]。Saadat等[16]观察到 CagA与 SHP-2相互作用消弱了细胞的连接和极性,CagA磷酸化水平相同时,东亚株 EPIYA-D与 SHP-2的亲和力较西方株 EPIYA-C更强。似乎由于 CagA的结构不同而导致了不同的致病性。另外,CagA还可以不依赖于酪氨酸磷酸化,而通过与宿主蛋白相互作用使紧密的黏附和连接断裂,导致细胞失去极性,诱发在胃癌发展中起重要作用的前期炎症及有丝分裂的产生。

但是,有关 CagA的研究还有一些与其致病性相矛盾的结果。最近的动物实验研究结果[17]表明,与 cag-PAI阳性的 Hp菌株相比,cag-PAI阴性的菌株更容易定植于宿主胃内,这种现象产生的原因以及在 Hp致病中的影响有待深入研究。对人群的研究显示,Hp与胃癌的发生有显著的相关性,但是CagA在胃癌形成的过程中并不是一个重要的毒力因子[18]。

2.2 空泡毒素(vacuolating cytotoxin A,VacA)

VacA是一种分泌性空泡毒素,可使胃细胞形成空泡。与 CagA不同,所有的 Hp都有 vacA基因,但功能性表达情况不同。其等位基因的多态性造成不同的细胞毒性水平。s区以及中间 m区的差异很大程度地影响 VacA的效应。s区与 VacA的空泡形成活性有关,而 m区负责 VacA与细胞结合,决定空泡形成作用的细胞特异性。s1/m1株的空泡形成活性较强,s1/m2株的空泡形成活性较弱,s2/m2株无空泡形成活性。并且,对西方人群的研究表明,这种多态性与胃相关疾病有关。Gomes等[19]的研究表明,胃癌病人 Hp菌株中的 s1/m1型(24/34,70.6%)明显比对照组即 Hp感染无症状胃炎组(12/35,34.3%)多(P=0.005),胃癌病人的 Hp菌株中 24株(70.6%)有空泡形成活性,明显高于对照组的42.9%(P=0.03)。这表明 s1/m1株可能与胃癌有关。研究还观察到在 s区和 m区之间有另一种具有空泡形成活性的多态决定区,即 i区,该区的两个等位变异为 i1区和 i2区,其中 i1型有空泡形成活性,i2型无此活性。而且 s1/m1均为 i1型,s2/m2均为 i2型,s1/m2包括 i1型和 i2型,并观察到 i1型与溃疡病及胃癌有关。相对于 s、m区,通过 i1基因型可以更好地预知 Hp菌株与胃癌相关[20]。

VacA能够造成胃上皮细胞的多种结构和功能的改变,包括破坏核内体的成熟导致空泡形成,诱发线粒体损伤、细胞色素 C释放及胃上皮细胞凋亡,并影响免疫系统,如影响吞噬作用、抗原提呈作用,减少 T细胞的活化。VacA引起细胞异常增殖可能与表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)有关,EGF等生长因子促进上皮移行和细胞增殖对黏膜的恢复和胃腺体的重建至关重要,EGF可以使EGF受体的表达上调和磷酸化水平提高,并通过第二信使分子 IP3和 ras信号通路激活 c-fos等原癌基因的转录。VacA可干扰 EGF信号传递过程,抑制胃黏膜损伤的修复。VacA能抑制 Hela细胞前溶酶素 D的成熟和释放,抑制 EGF的灭活,而 EGF的过度表达可以导致胃癌发生[21]。杨卫红等[6]在山东烟台胃癌高发区对 Hp阳性的 22例有萎缩病人及93例无萎缩病人血清中 VacA抗体水平进行比较,研究表明,VacA的抗体在萎缩性胃炎组中的滴度显著高于无萎缩组(P＜0.05),故认为 VacA高浓度表达与胃黏膜萎缩可能有关系,从而成为 Hp致癌机制可能的启动因素之一。

2.3 腺苷酸激酶(adenylate kinase,AK)

AK是生物体内普遍存在的一种单体酶,能在生物体处于低能量时催化 ATP生成以保证生命活动的正常运转。Kohler等[22]在检测细胞凋亡过程细胞色素 C的释放时首次观察到 AK与细胞色素 C均在凋亡细胞的胞液中积累。对不同胃病 Hp蛋白质组的差异分析表明,AK在胃癌组的表达增高。它可能通过影响生物体内能量产生,间接参与细胞凋亡的过程。

2.4 硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)

Trx是一种相对分子质量为 12 000的小分子蛋白,含有一个保守的氧还活性基序 Cys-Gly-Pro-Cys。Hp的 Trx可以有效地还原胰岛素、人免疫球蛋白及可溶性黏蛋白,与硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,TrxR)、NADPH组成 Trx系统,这是 Hp惟一的抗氧化系统。张静等[23]通过从不同胃病胃镜活检胃黏膜组织中分离培养 Hp,应用裂解液、超声破碎法提取 Hp菌体蛋白后进行蛋白定量、双向电泳、质谱分析等,观察到胃癌 Hp的 Trx表达较胃良性病变高,推测与 Trx保护细菌抗氧化损伤并抑制凋亡有关,从而认为 Trx可能参与胃癌的形成。

2.5 十二指肠溃疡促进因子(duodenal ulcer promoting actor,DupA)

Lu等[24]的流行病学研究显示,从十二指肠溃疡(duodenal ulcer,DU)病人体内分离的 Hp 42%含DupA,这个比例远高于胃癌(gastric cancer,GC)的9%。研究表明,DupA阳性的菌株感染与十二指肠溃疡有显著的关联,但与胃癌没有关联,并且能够阻止病变向萎缩和胃癌方向发展,认为 DupA是十二指肠溃疡的独立性决定因子,而对胃癌则有保护作用(DU vs.GC,OR=8.3,95%CI 4.0～17.4)。这一研究提示十二指肠球溃疡的患者胃癌的发生机率明显下降。而这一点在中国并没有得到证实[25]。DupA的功能有待进一步研究。

3 小结

世界范围内,胃癌的发病率和死亡率仍然较高,而胃癌的发病机制尚不清楚,有诸多因素影响胃癌的发生,包括环境因素、宿主本身的情况,以及幽门螺杆菌感染与否和菌株的特性。在病情发展成为萎缩性胃炎前根除 Hp可能使胃癌发生的危险性降低[26]。对 Hp毒力因子的深入研究可能为阐明 Hp的致胃癌机制、为胃癌的预防和诊治提供理论依据,为 Hp感染预后的判断及临床治疗提供新的有意义的指标。

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