幽门螺杆菌影响胃癌发生发展的氧化应激机制研究进展

刘爽，方昌中，陈文亮

山西医科大学第二临床医学院，太原030001

胃癌是世界上第四大常见癌症，也是恶性肿瘤死亡的第二大原因［1］。幽门螺杆菌（HP）感染与胃癌的发生密切相关。HP是一种革兰阴性菌，存在于黏膜深层并附着于表面，在全世界感染了50%的人口。HP 感染是已知的恶性肿瘤最强的危险因素。此外，世界卫生组织将HP列为1型致癌物［2］。HP选择性地黏附在人胃黏膜上，并直接引起胃十二指肠损伤，包括慢性胃炎、消化性溃疡、黏膜相关淋巴组织淋巴瘤和胃腺癌。人类免疫系统对HP 有强烈的先天和适应性反应，但通常不能根除病原体［3］。这种失败的免疫反应直接导致慢性炎症，HP感染引起的慢性炎症被认为是上皮转化的原因。HP 感染相关的慢性炎症可导致胃内活性氧（ROS）的产生增多，其诱导胃黏膜的氧化应激，这在触发胃肿瘤的发生中具有重要作用［4］。ROS 诱导的氧化应激通常被认为对细胞有害，且已经表明ROS 信号通过诱导基因突变和激活致癌途径来促进肿瘤的发生［5］。这些有害结果最终导致胃癌的发生。现对HP 感染影响胃癌发生发展的氧化应激机制进行综述。

1 氧化应激介导胃肿瘤转化的机制

ROS有多种来源，包括炎症细胞、致癌化学物质及其代谢物，以及线粒体中的电子转移链。据报道，HP自身可产生大量超氧阴离子，以抑制机体炎症细胞合成的一氧化氮的杀菌作用［6］。内源产生的ROS可以被消除以达到体内平衡，而额外的刺激诱导ROS 过量产生，这可能超过清除能力，导致ROS 在人体内积累。HP 感染过程中造成的氧化应激可导致DNA 损伤，DNA 的氧化通常发生在脱氧鸟苷位置，生成8-羟基-20脱氧鸟苷。损伤后碱基的丢失会导致碱基位点的空缺，从而导致DNA 的单链断裂，然而，缺乏修复或持续损坏可能导致双链断裂。如果一个细胞不能修复太多的断裂，它可能会导致肿瘤前体［4］。细胞内 ROS 的积累还能诱导 DNA 的点突变，从而破坏几个肿瘤抑制基因（如p53）的表达和功能［7］。DNA 损伤后，细胞凋亡途径被诱导。与此同时，基因修复和损伤耐受机制将被触发，这是细胞存活的关键途径。在活细胞中，错配修复、基因组不稳定性和肿瘤发生将得到促进［7］。研究表明，一些具有DNA 损伤的细胞不太可能会凋亡，从而增加了这些细胞发生癌变的可能性［8］。

氧化应激可激活致癌途径来促进肿瘤的发生。PI3K/Akt 信号通路对于维持细胞基本过程、细胞生长、存活、死亡和新陈代谢的完整性至关重要。PI3K/Akt信号通路的过度激活在许多类型的人类癌症中都有报道［9］。PI3K/Akt 信号通路被发现在体内和体外都被HP 感染激活，HP 增加了Ser380/Thr382/383 残基的 PTEN 磷酸化，从而激活了 PI3K/Akt 通路，促进了细胞存活。ROS 不仅直接激活PI3K 来放大其下游信号，而且同时失活PTEN，从而负向调节Akt 的激活［10］。低浓度的 HP 感染会轻微增加 ROS水平，导致PI3K/Akt 通路的持续激活，导致p-Akt（Ser473）和下游蛋白p-GSK-3β（Ser9）的激活，这可能与细胞增殖和胃癌的发生有关［11］。

NOX1/ROS信号的激活也可能与TLR/MyD88信号诱导的胃黏膜干细胞和肿瘤的发生有关，虽然NOX1/ROS 信号介导细胞增殖和存活的机制尚不清楚，但NOX 衍生的ROS信号通过灭活蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPs）激活受体酪氨酸激酶（RTK）的自磷酸化［12］。研究表明，破坏 Noxo1 基因可以显著抑制COX-2/PGE2 通路诱导的胃增生。因此，NOX1/ROS信号可能通过抑制PTP 功能而激活EGFR 信号，这可能是NOX1/ROS信号促进肿瘤的主要机制。

2 HP对胃内氧化应激环境形成的作用

HP 菌株含有可导致胃上皮细胞氧化应激的毒性因子。细胞毒素相关基因A（CagA）阳性HP 可诱导高水平的过氧化氢（H2O2）产生和 DNA 损伤［13］。据报道，HP 通过T4SS 将癌蛋白CagA 送入胃上皮细胞，并驱动多条致癌信号通路的激活。通过将CagA基因转染到胃上皮细胞中，CagA 蛋白可诱导细胞中ROS 的大量形成［6］。研究表明 CagA 能诱导线粒体产生ROS［13］。线粒体脱氧核糖核酸（mtDNA）比核脱氧核糖核酸更容易受到ROS 的影响，由于其非常靠近电子转移链，并且缺乏保护性组蛋白或脱氧核糖核酸结合蛋白［14］。因此，含有缺陷mtDNA 编码蛋白亚基的呼吸酶可能表现出受损的电子传递功能，从而增加电子泄漏和ROS 的产生［15］，进一步增加线粒体的氧化应激和氧化损伤程度。

空泡细胞毒素（VacA）蛋白是由HP 产生的一种增强其定殖能力的毒性因子，并与炎症和胃癌的风险增加相关［16］。研究表明，VacA 能诱导 Ca2+流入和ROS 的产生，随后，NF-κB 的活化导致了 B 细胞的激活，趋化因子表达的上调增加了促炎性免疫细胞向HP 感染部位的流入。其次，研究表明VacA 能破坏人胃上皮细胞的自噬。自噬的破坏导致细胞ROS种类的增加［17］。VacA 诱导的细胞 ROS 水平的升高可以增加氧化脱氧核糖核酸损伤并且促进形成导致肿瘤转化和癌症分子变化的环境。

γ-谷氨酰转移酶（GGT）作为HP 另一种毒性因子，其可诱导胃上皮细胞H2O2的产生、NF-κB的激活和 IL-8 的相应增加［18］。研究表明，用 GGT 干预原代胃细胞和AGS 癌细胞系将导致细胞中8-羟基脱氧葡萄糖含量的增加［19］，这表明 DNA 受损。GGT 诱导ROS 的增加、促炎细胞因子产生和DNA 损伤为从感染进展到癌症创造了理想的条件［18］。

脲酶和中性粒细胞活化蛋白A（NapA）也是HP的毒性因子，其有助于中性粒细胞浸润和ROS 的产生。重组脲酶诱导中性粒细胞浸润，导致高度炎症和 ROS 产生［20］。脲酶和 NapA 聚集中性粒细胞至感染部位。一旦中性粒细胞到达后，会引发强烈的氧化应激［4］。浸润的中性粒细胞对凋亡的抵抗力增强并且寿命延长，这是与HP 感染相关的慢性炎症的潜在成因。NapA 还能保护HP 免受氧自由基的侵害［21］，从而延长中性粒细胞浸润和氧化应激的周期。

在感染过程中，HP还可利用多胺依赖的ROS合成，诱导NADPH 氧化酶途径产生ROS，促进胃上皮细胞的肿瘤转化。HP 诱导多胺氧化、氧化应激与DNA 损伤和潜在的致癌作用相关联。据报道，与HP阴性受试者相比，HP感染患者胃中总多胺（主要是亚精胺）的水平增加了两倍以上［22］，而HP 感染导致一种重要的多胺分解代谢酶即精胺氧化酶（SMO）的表达增加。其对精胺的氧化过程中，产生ROS 物质H2O2。研究表明，在SMO 表达增加的同时，体外和体内的氧化DNA 损伤和凋亡也相应增加［23］，SMO表达的上调是促进胃癌发展的潜在机制。与携带CagA 阴性菌株的患者相比，感染CagA 阳性HP 的患者胃上皮细胞中SMOX mRNA 表达和SMOX 蛋白水平显著增加［13］。哺乳动物中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NADPH 氧化酶；NOX）是一种通过质膜传输电子的酶。电子受体是氧，所以反应产物是。有研究表明，NOX1 复合体成分在胃炎和胃肿瘤的上皮细胞中均上调，表明胃中NOX1/ROS 信号的炎症依赖性激活。编码NOX1 的基因可以在HP感染胃腺癌患者的组织中被诱导［24］。未转化的原发胃窦上皮细胞和感染HP26695 的胃上皮细胞系通过涉及RAS 相关的C3 肉毒杆菌毒素底物1（Rac1）的相关信号转导过程表达NOX1 并快速瞬时产生ROS［20］。另外，NF-κB 可能在胃炎和胃肿瘤中对NOX1/ROS 通路的激活起重要作用，且ROS 信号已被证明能够激活NF-κB［25］，表明 NOX1/ROS 和 NF-κB反馈环的激活对于胃肿瘤的发展是重要的。

3 HP感染导致自身免疫产生ROS的机制

人类免疫系统能对感染产生强烈的先天和适应性免疫反应，但通常不能完全消除HP，导致持续感染和慢性炎症。HP可导致许多细胞类型产生ROS，包括上皮细胞，而中性粒细胞贡献最大［26］。中性粒细胞被认为是ROS 的主要来源。在中性粒细胞中，NADPH 氧化酶催化细胞膜上ROS 的产生。病原体鉴定后，中性粒细胞立即吞噬细菌，形成吞噬细胞。在吞噬细胞中，捕获的病原体被NOX 催化产生的ROS 杀死。吞噬过程中，吞噬细胞NOX 的gp91phox催化亚单位被激活［27］，并从细胞质 NADPH 接收电子。然后，吞噬细胞NOX 将该电子提供给吞噬细胞内外的分子氧，产生O2-，一种杀微生物氧化剂的前体。这种在噬菌体中通过超氧化物歧化酶催化或非酶歧化作用转化为H2O2。H2O2可以被动渗透细胞膜，被转化为次氯酸，次氯酸的毒性是H2O2的100倍。吞噬细胞利用这些高ROS 物种杀死致病菌。然而在HP 感染的胃黏膜中，免疫反应不能根除细菌。因此，吞噬细胞产生更多ROS，ROS的过量产生导致胃上皮细胞产生氧化应激。

4 HP对氧化应激损伤的自我防御

除了可以诱导ROS 的产生，HP 对外部ROS 攻击有各种防御机制。HP 的典型防御是其强脲酶活性，它催化胃中尿素转化为氨。细菌合成精氨酸酶［28］，使用左旋精氨酸作为底物来生产尿素，利用脲酶将尿素转化为氨，这可能是HP 对抗宿主细胞产生的一氧化氮的竞争策略。此外，HP脂多糖通过诱导精氨酸酶和鸟氨酸脱羧酶刺激巨噬细胞产生多胺，诱导巨噬细胞凋亡并抑制一氧化氮合酶（iNOS）表达［22］。HP诱导胃黏膜上皮细胞、血管内皮细胞或侵袭性炎症细胞中诱导型iNOS 的表达。巨噬细胞是iNOS 以左旋精氨酸作为底物诱导的一氧化氮的主要来源［29］。HP间接抑制了外部一氧化氮的攻击。HP通过各种策略抑制潜在的有害ROS，从而在胃内氧化应激环境中存活。

5 总结与展望

综上所述，HP感染可增加胃癌细胞中ROS的水平，并通过诱导胃上皮细胞中的氧化DNA 损伤以及激活多条致癌途径来促进肿瘤的发生。进一步研究HP 诱发胃内氧化应激环境的机制对于胃癌的预防和治疗是非常必要的。其次，抗氧化剂逐渐成为HP感染的潜在治疗选择。随着肿瘤干细胞研究的进展，研究发现氧化应激对细胞凋亡和细胞增殖都有一定的促进作用。对这一过程和由此产生的肿瘤转化机制进行持续研究，以充分理解作用机制，对更有效地预防或早期治疗胃癌有重要意义。