幽门螺杆菌与消化系统癌症

彭世宇,高峰

【提要】 幽门螺杆菌属于革兰氏阴性细菌，被世界卫生组织列为I型致癌物。幽门螺杆菌的高流行率被认为是重要的公共卫生问题，该菌可在世界范围内超过50%的成年人胃上皮细胞中定殖。消化系统癌症是全球常见的癌症，每年造成重大的经济损失，目前的研究表明，幽门螺杆菌与消化系统癌症相关。本综述汇总幽门螺杆菌常见的毒力基因、诊断方法及该菌与消化系统癌症的关系的研究进展，旨在为消化系统癌症的早期诊断奠定基础，也为消化系统癌症诊断标记物的筛选提供思路。

幽门螺杆菌(Helicobacterpylori)是一种革兰氏阴性细菌，是引起胃上皮化生和胃癌的最重要病原体，已被世界卫生组织列为Ⅰ型致癌物。幽门螺杆菌的全球高流行被认为是重要的公共卫生问题，该菌可在超过50%的成年人胃上皮细胞中定殖，感染率从发达国家的30%到发展中国家和东亚地区的90%不等。幽门螺杆菌感染通常在儿童时期获得，如果没有适当的抗生素治疗，这种感染会持续终生。消化系统癌症是全球常见的癌症，每年造成重大的经济损失，目前的研究表明，感染幽门螺杆菌的患者得胃癌的比例比未感染者高，且体外试验表明，幽门螺杆菌与肝癌、胰腺癌相关。本综述汇总幽门螺杆菌引起消化系统常见的毒力基因、诊断方法、导致胃上皮细胞损伤机制、与肝癌和胰腺癌的关系的研究进展，旨在为消化系统癌症的早期诊断奠定基础，也为消化系统癌症诊断标记物的筛选提供思路。

1 幽门螺杆菌

1.1 毒力基因

为了在胃的恶劣环境中生存，幽门螺杆菌通过拥有各种向胃上皮移动以及附着于胃上皮细胞的毒力基因，使菌体在酸性环境中存活，维持有效的持续感染，从而引起慢性炎症和组织损伤，最终可能导致消化性溃疡和胃癌的发展[1]。目前已有幽门螺杆菌毒力基因在疾病发病机理中的流行及其作用的研究。研究表明，幽门螺杆菌通过拥有脲酶和多鞘鞭毛来抵抗胃酸，使细菌能够向胃上皮细胞方向移动；然后，通过外膜蛋白(OMPs)和粘附素的作用来建立胃黏膜的永久定植，使菌株能够粘附于胃上皮细胞中；最后，通过大量的毒力基因编码的效应蛋白，直接损害胃上皮[1-2]。通常认为幽门螺杆菌感染和疾病结果的发病机理是由宿主、环境和细菌毒力因子之间复杂的相互作用介导的。幽门螺杆菌的毒力因子可归类为与3个主要的致病过程有关，包括定植、免疫逃逸和诱发疾病。其中，在幽门螺杆菌定殖过程中，脲酶的功能是中和胃酸，鞭毛趋化系统可用于菌体向上皮细胞和深腺移动[1-3]，粘附素相关编码基因(如babA、sabA、lewis antigens和oipA等[4])可使菌体粘附于上皮细胞；在免疫逃逸过程中，LPS和鞭毛编码基因(如ADP-glycero-D-manno-heptose、ADP-heptose等[5])可以降低菌体免疫原性，IV型分泌系统(T4SS)和cagA[6]、vacA[7]、γ-谷氨酰转肽酶(gamma-glutamyl transpeptidase)、胆固醇-α-葡萄糖基转移酶(cholesterol-α-glucosyltransferase)、精氨酸酶(catalase)可抑制宿主吞噬作用、减少抗菌肽的产生以、阻滞效应T细胞反应；在诱发疾病过程中，vacA、babA、oipA、htrA[8]、dupA[9]、iceA[10]等毒力基因的大量表达可最终导致宿主的消化性溃疡病，甚至胃癌。

与其他革兰氏阴性菌相似，幽门螺杆菌还产生含有各种毒力因子的外膜囊泡(outer membrane vesicles，OMV)，OMV主要在定殖过程中发挥作用，也可以增加菌株在胃黏膜中的存活几率[11]。幽门螺杆菌释放的OMV可以穿透细胞屏障，通过胃黏膜将OMV中包裹的抗原转运到组织当中，这种抗原转运机制类似与T4SS分泌系统，能够将可溶性化合物分泌到周围环境中[12-14]。在感染幽门螺杆菌的胃活检和培养物中均通过电镜检测到OMV，特别是在菌株静止生长后期和生物膜形成过程中[15-16]。有研究利用梯度密度离心分离OMV后发现，OMV中存在幽门螺杆菌的外膜化合物，未检测到内膜化合物[11]。不同幽门螺杆菌的OMV中各成分含量不同，但大致由磷脂、LPS、蛋白质等组成，其中，磷脂主要为磷脂酰甘油(PG)，磷脂酰乙醇胺(PE)，溶血PE(LPE)，磷脂酰胆碱(PC)，溶血PC(LPC)和心磷脂[11]。LPS中的脂质A是OMV的重要组成部分，O-抗原的组成取决铁离子的浓度[17]。蛋白质组成主要为Hop、Hor、Hof、Hom蛋白以及铁调节的OMP和外排泵OMP等5个蛋白家族[18]，已经通过试验鉴定的蛋白包括VacA、CagA、BabA、SabA、OlipA、AlpA、脲酶和嗜中性粒细胞活化蛋白等[19]。

1.2 诊断方法

目前已有几种检测方法可用于幽门螺杆菌感染诊断，如利用内镜取胃活检标本用于病理学诊断、细菌培养、快速脲酶试验(RUT)；非侵入性获得的样本可用于抗原检测、尿素呼气试验(UBT)、分子生物学试验等。其中，病理学诊断的准确性取决于许多因素，例如病理学家的经验、胃黏膜中菌体定植的密度、临床标本的质量和数量以及组织变化的主观判断。细菌培养方法难度较高，且易受临床标本的质量、微生物共生菌群、采样与培养之间的时间间隔以及运输条件(如温度、暴露在空气中的持续时间等)等多种因素的影响；此外，幽门螺杆菌的培养需要专业的实验室人员，并且需要长达7 d的时间才能报告样品为阴性；由于培养用的样品是通过无创方法(如胃液、唾液和粪便)获得，细菌培养敏感度较低，因此不建议在常规诊断中使用[20-21]。RUT是一种便宜、快速、高度特异性的测定法，该方法基于检测幽门螺杆菌产生的尿素，结果可在数分钟至数小时内获得；如果胃活检中存在少于104个菌体存在，则检测的敏感性会受到影响，导致假阴性结果；如果胃中存在其他产生脲酶的细菌则会导致假阳性结果[22]。利用内镜取胃黏膜标本进行幽门螺杆菌的检测，需将镜检与组织学和/或培养相结合，内镜检查的主要局限性是其相对侵入性，并且只能探索胃黏膜的小部分，因此，为确认胃中幽门螺杆菌感染的整体情况，需要对多个胃活检标本进行评估[23]。

对于非侵入性获得的样本中，抗原检测已广泛用于胃液、唾液、尿液和粪便等临床标本中幽门螺杆菌的检测[24]，但该方法的特异性和敏感性较差[25]。UBT是临床上最常用的即时检验，敏感性和特异性在85%～95%[25]。以上方法的局限性在于只能检测幽门螺杆菌，而分子生物学检测方法中的自动化DNA提取和实时PCR分析能够提供高度的标准化和可重复性，还能够提供有关药物敏感性信息。在大多数情况下，幽门螺杆菌对克拉霉素耐药是由于23S rRNA基因中的三个单点突变(A2146C，A2146G和A2147G)导致的，这些突变可通过PCR准确检测出来[26-27]。目前已有许多幽门螺杆菌和克拉霉素抗性检测的商业化分子检测方法，直接从粪便等标本中检测幽门螺杆菌和克拉霉素耐药性的敏感性取决于所用的DNA提取方法和PCR检测方法。然而，PCR测定法的局限性在于它们只能提供幽门螺杆菌部分耐药信息，且分子生物学检测出的耐药性和活检标本培养获得的耐药性一致性较低[28]。

2 幽门螺杆菌与消化系统癌症的关系

2.1 幽门螺杆菌与胃癌

据估计，2018年全球有超过一百万例(1 033 701例)新的胃癌病例，占所有新癌症病例的6.1%，胃癌在常见的恶性肿瘤中排名第五(https://www.uicc.org/new-global-cancer-data-globocan-2018)。感染幽门螺杆菌的患者发生胃癌的风险比未感染者高3倍左右，胃癌患者幽门螺杆菌阳性率为75%～95%[29-30]。幽门螺杆菌感染后，菌体大量表达粘附素(如HopQ基因编码)、分泌性蛋白(如VacA)以及T4SS分泌系统效应蛋白(如CagA)来定殖于胃上皮细胞，细胞中的FAK、SFK和c-Abl激活，从而刺激CagA磷酸化，引起细胞骨架重排以及细胞运动/迁移；同时，CagA可以替代Gab1并刺激增殖和生存信号，该蛋白介导SHP2磷酸酶的募集，并通过IL-R去磷酸化阻止STAT结合；此外，幽门螺杆菌可通过c-Met依赖性信号传导来诱导Momo-2和MMP-9的活化，从而促进运动发生反应[31-32]。幽门螺杆菌通过抑制其内吞作用和蛋白酶体降解来介导EGFR活化并稳定其表面表达，在早期感染期间诱导JAK/STAT3信号传导，而在持续定居期间该途径被关闭。幽门螺杆菌感染胃上皮细胞后，能够激活宿主巨噬细胞、T细胞、B细胞等免疫细胞，促进促炎性细胞因子的释放和慢性炎症，诱导宿主细胞连接相关基因(如E-cadherin，Vezatin，Connexin32和Connexin43)、细胞周期调控基因(如CDKN2A)、DNA修复基因(如hMHL-1)，炎症相关基因(如TFF-2, COX)，转录因子(如RUNX3，FOXD3，USF1和USF2，GATA-4和GATA-5)和肿瘤抑制因子(如LOX和HRASLS)DNA甲基化，产生活性氧，最终导致胃上皮细胞化生和异型增生[31-33]。

2.2 幽门螺杆菌与肝癌

肝癌在世界范围内具有很高的患病率，目前的研究表明，幽门螺杆菌与肝癌相关，在肝癌患者的样本中检测到幽门螺杆菌[32-33]，对肝癌患者和幽门螺杆菌的系统分析表明，肝癌患者中幽门螺杆菌检出率为53.3%，对照组为10.4%；幽门螺杆菌与肝癌风险之间相关性比值为13.63，两者之间正相关[34]。但是，研究结果仅表明肝癌患者的样本中存在幽门螺杆菌。肝癌通常伴有肝纤维化、肝细胞的免疫状态，幽门螺杆菌可能随血液进入肝脏内，因此，仅在肝癌患者中检测到幽门螺杆菌无法作为两者相关的有力证据。体外的研究表明幽门螺杆菌与肝癌之间的关联机制，zhang等[35]的研究发现，幽门螺杆菌通过上调转录和信号转导相关的蛋白表达导致HepG2肝癌细胞发生病变；也能够引起Huh7肝癌细胞的凋亡。然而，这些数据只是使用癌细胞系进行体外研究获得的间接发现，目前尚无幽门螺杆菌对肝脏致癌作用的直接证据。有研究推测幽门螺杆菌可能通过促进转化生长因子(TGF)-β1致癌途径，扰乱了小鼠CCl4诱导的纤维化模型中肝细胞凋亡与增殖[36]。总之，尽管在肝癌患者样本中经常检测到幽门螺杆菌，但是幽门螺杆菌与肝癌发生之间可能的相关性需进一步研究。

2.3 幽门螺杆菌与胰腺癌

世界范围内与癌症相关的死亡原因中，胰腺癌排在第8位，胰腺癌患者五年生存率低至6%[37]。目前尚无胰腺样品中分离出幽门螺杆菌的研究，然而，尽管幽门螺杆菌无法定殖于胰腺，但该菌可以通过病理生理作用对胰腺产生影响[38-39]。幽门螺杆菌定殖胃上皮细胞后导致两种病变：一种与导致胃酸过少、萎缩性胃炎、胃溃疡和胃癌相关；另一种与导致胃酸过多、幽门和十二指肠溃疡以及潜在的胰腺癌的胃窦性胃炎相关。幽门螺杆菌对胃窦的定殖减少了胃窦D细胞的数量，从而抑制了生长抑素的产生，导致胃酸过多，从而导致促胰液素分泌增加和胰腺碳酸氢盐输出增加。研究表明，促胰液素对小鼠胰腺的生长以及胰腺导管细胞的DNA合成均具有积极作用，并且诱导的导管上皮细胞增殖，可能会增强已知致癌物(如N-亚硝胺)的致癌作用，最终导致胰腺癌的发生[40]。针对幽门螺杆菌与胰腺癌风险的相关性分析中发现，幽门螺杆菌阳性个体发生胰腺癌的风险显著性增加[41]，但cagA阳性血清与胰腺癌之间不存在显着相关性[42]。有研究针对373例胰腺癌和690例对照的研究中发现，cagA阴性的幽门螺杆菌血清阳性是胰腺癌的重要危险因素，而cagA阳性血清阳性与胰腺癌无显著相关性；此外，该研究仅在非O血型患者中观察到了胰腺癌风险与cagA阴性幽门螺杆菌血清阳性之间的相关性[43]。幽门螺杆菌对胰腺癌发生的影响的确切机制仍不清楚，需要进一步研究。

3 问题与展望

幽门螺杆菌毒力基因在菌株定殖及致病过程中起重要作用，针对幽门螺杆菌毒力基因的研究有助于幽门螺杆菌疫苗的开发，影响潜在的替代疗法并促进新毒力基因的发现。同时，针对其毒力基因的研究不只集中于基因及基因组层面，还应该关注蛋白质表达谱的差异。在临床中，针对感染幽门螺杆菌的患者，需要全面检测其疾病风险来确定其治疗程度，因此，检测强毒株有助于提高对幽门螺杆菌毒力的认知，以防造成严重后果。此外，仅针对单一毒力因子不利于幽门螺杆菌毒力基因的研究，因为具有不同生物学作用和意义的各种毒力因子之间存在明确的联系，可能协同作用，从而导致严重的十二指肠病变。

目前的研究表明，幽门螺杆菌的抗生素耐药性持续增加，这种趋势使人们对目前采用的“试验与治疗”策略的有效性提出质疑，并考虑在根除疗法之前确定幽门螺杆菌的抗生素耐药性，以达到更好的治疗效果。为了在施用抗生素之前确定耐药性表型，耐药性信息必须更迅速地获得，未来的研究应旨在使用二代测序技术(如宏基因组测序)和/或直接从临床标本(胃活检或粪便)中检测幽门螺杆菌和相关的耐药性突变。二代测序技术不仅能够检测复杂的微生物群落，包括与幽门螺杆菌相关的胃肠道微生物群落开辟了新途径，也能在幽门螺杆菌和抗药性检测中发挥重要作用。