幽门螺杆菌及其诱导的细胞自噬对胃癌影响的分子机制

张嘉星，邓水苗，李玉民

幽门螺杆菌在胃部疾病患者体内被大量分离、鉴定到，影响了世界50%以上的人口[1]。慢性胃炎和消化性溃疡等胃部感染导致的疾病及胃癌等其他胃部疾病都与幽门螺杆菌有着或多或少的联系。因幽门螺杆菌感染较高的患病率和潜在的严重并发症，故适当的评估和成功的治疗是改善其预后的关键。

近年，随着幽门螺杆菌对抗生素耐药性的增加，使得幽门螺杆菌感染患者选择有效治疗方法变得越来越重要。1982年，Marshall等在人类历史上第1次分离出了幽门螺杆菌；次年，他们通过研究发现幽门螺杆菌与慢性胃炎有着一定关系[2]。Hooi等[1]进行的一项系统综述和荟萃分析发现，在发展中国家，特别是非洲和远东地区，幽门螺杆菌感染很普遍，如哈萨克斯坦和巴基斯坦患病率分别为79.5%和81.0%；非洲整个大陆报告的患病率最高(70.1%)，在美国的患病率最低(35.6%)；但这一数据可能存在偏差，因为在阿拉斯加土著人口中幽门螺杆菌感染患病率最高，为74.8%。表明幽门螺杆菌在特定人群中的流行程度，在一定程度上反映了这个国家的社会经济发展程度，诸如获得洁净水、保健和现代卫生设施等基本资源。另外，细菌本身不断提高的抗生素耐药性也是造成上述差距的重要因素。幽门螺杆菌的传播方式是了解其为何能在全球造成如此大影响的关键。有研究表明，幽门螺杆菌主要通过人传人或一种常见感染源传播，因在幽门螺杆菌感染者家庭中其他成员体内也分离出了相同的病毒菌株[3]。此外，越南的一项交叉研究发现，在早期幽门螺杆菌感染儿童中，其被幽门螺杆菌感染的母亲和外祖母都与其感染有着很大的关系[4]。

值得一提的是，幽门螺杆菌微生物特征具有独特适应性，有助于其在人类肠道内定居，在许多情况下，还有助于其终身存活。幽门螺杆菌虽然不是嗜酸菌，但它能通过尿素酶的活性，将尿素转化为氨和二氧化碳等，有效地耐受胃腔内的低pH环境；在这个过程中，二氧化碳在胞质中α-碳基脱水酶的催化下转化为碳酸氢盐，这是尿素分解的两个关键步骤，故幽门螺杆菌可以存在于胃腔的腐蚀性环境中[1,5]。因此，幽门螺杆菌与许多胃部疾病和胃癌的发生都有着密切联系。

近年来，随着研究的不断深入，幽门螺杆菌与胃上皮细胞自噬关系的研究越来越多。本文对幽门螺杆菌及其诱导的细胞自噬对胃癌影响的分子机制进行综述，以期为幽门螺杆菌导致的胃部疾病治疗提供新的思路。

1 细胞自噬与胃癌的形成

1.1细胞自噬 自噬是存在于所有真核细胞中的一种常见生物现象，已被证明在人类病理生理反应和疾病中发挥着重要作用[6]。以下几个阶段共同构成了细胞自噬的反应机制:自噬体形成、细胞内物质识别、自噬体伸长和成熟、自噬体与溶酶体结合、物质降解[7]。细胞自噬具体和复杂的分子机制现尚未完全了解。有研究报道这一过程是由超过35个自噬相关基因编码的[8]。在自噬体启动阶段，所形成的互作蛋白会通过激活包括Vps34、ATG14L和VPS15在内的第3类磷脂酰肌醇3-kinase复合体，以调节自噬小体的形成、激活分子BECN1-AMBRA1和支架蛋白Beclin1[7]。由此产生的PIK3C3复合物PI3P会引起某些效应蛋白(如double FYVE-containing protein 1和WD-repeat蛋白)与磷酸肌肽(WIPIs)相互作用，而这些蛋白是形成成核位点欧米茄体所必需的[9-10]。此外，细胞自噬的过程受到许多与之相关的信号通路的调控，其中主要包括西罗莫司靶蛋白(mTOR)依赖的通路，如AMPK/mTOR和PI3K/Akt/mTOR通路，以及非mTOR依赖的通路，如P53通路[9-10]。

1.2细胞自噬在胃癌中作用

1.2.1肿瘤抑制基因作用：在动物体内，细胞自噬很多时候被认为是一种防止动物细胞发生癌变的防御性机制[11]。该机制的主要作用是使生理代谢过程存在异常并且这样的异常代谢行为会对其他细胞乃至机体造成损伤的细胞进行裂解，使其包含的不能正常行使其功能的蛋白失活并被分解，以保证这样的细胞不会继续产生对生命体有害的物质，进而减轻其对机体的损伤和影响，保证机体的其他细胞和组织能够正常行使其生命功能。也正因为如此，如果与调控细胞自噬相关的基因表达出现异常就有可能会导致代谢过程异常的细胞无法被及时降解，进而导致癌症的发生。在许多癌症细胞的基因组分析中，都有研究者发现自噬相关的基因发生了突变和缺失，已经被鉴定和了解其功能的自噬激活因子都存在于与癌症相关的碱基序列中。当细胞或机体受到一些特定的外界刺激时，自噬相关基因的表达水平会明显升高，以减轻外界刺激对机体造成的损伤，并且这样的基因表达水平上调会持续一段时间，以维持机体的生命活动，当外界的刺激消失后，自噬相关基因的表达水平随之恢复到正常水平。此外，有研究发现，在胃部发生癌变的细胞中，细胞自噬可能会大量甚至过度进行，这样的现象会使肿瘤细胞生存所需的物质被降解，进而导致肿瘤细胞无法汲取到生长和分裂所必需的养分而死亡，这也是机体对肿瘤生长的一种抑制手段[12]。还有一些研究认为细胞自噬的发生对于肿瘤的形成存在着负面的作用。Yang和Pan[12]研究发现，在加入5-氟尿嘧啶后，细胞内Beclin1基因的表达水平显著提高，使胃癌细胞增殖受到抑制和胃癌细胞程序性凋亡，最终抑制胃癌的发育。自噬作用的增强可能会显著抑制癌细胞的生长。因此，5-氟尿嘧啶可以通过诱导自噬来抑制胃癌细胞[12]。

1.2.2促进肿瘤发育作用：抗癌治疗可在癌症发展的早期阶段抑制肿瘤，但可促进已形成肿瘤的生长，这也是肿瘤出现转移、复发和耐化学反应的原因[13]。一些化疗药物对于癌细胞保护性的自噬有着积极的作用，这会使得药物对癌细胞凋亡的促进作用受到限制。有研究发现，奥沙利铂能够促进胃癌细胞发生保护性凋亡，同时这一作用也减少了胃癌细胞的原有程序性死亡[14]。最近，还有研究发现，细胞自噬促进了胃癌细胞中AQP-3介导的对顺铂的耐药，而自噬抑制剂氯喹则显著增强了胃癌细胞对顺铂的化疗敏感性[15]。综上所述，细胞自噬对于正常细胞和癌细胞的生长都同时存在着正面和负面的作用。

2 幽门螺杆菌诱导的细胞自噬

2.1急性幽门螺杆菌感染诱导细胞自噬

2.1.1空泡毒素A(VacA)：VacA是最早发现也是引起细胞损伤最为广泛的幽门螺杆菌毒力因子[16]。一方面，幽门螺杆菌可通过释放VacA至线粒体，导致细胞内线粒体功能受到一定程度的限制[17]。同时，它还会降低西罗莫司复合物1(mTOR1)的生物活性，导致细胞协调营养代谢和能量应激信号的能力下降，从而中毒并丧失稳态[17]。哺乳动物mTOR的抑制是诱发自噬过程的必要环节[18]。在VacA中毒的细胞中，mTOR1活性的抑制缓解了其对unc-51样激酶复合物的抑制作用，间接激活了参与细胞自噬的空泡分选蛋白34激酶活性，从而诱导了细胞的自噬[19]。另一方面，VacA可以与低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LPR1)发生耦联，形成复合物。该复合物可以促使细胞内活性氧(ROS)的集中和谷胱甘肽的浓度降低，进而促进丝氨酸-苏氨酸激酶发生磷酸化。这一过程会使信号通路下游的mTOR被激活，使其对自噬体的形成进行调控[20]。VacA还可以通过胃上皮细胞内质网应激诱导自噬[21]。内质网的应激可以激活EIF2S1以及下游的DDIT3/ATF4效应蛋白，引发细胞的自噬，限制幽门螺杆菌对宿主细胞的损伤作用。

2.1.2细胞毒素相关蛋白(Cag)A：CagA对于幽门螺杆菌的毒力同样起到了不可忽视的作用[22]。Cag阳性幽门螺杆菌菌株利用CagⅣ型分泌系统将CagA和肽聚糖释放到宿主细胞中[23]。CagA的侵入可诱发多种细胞活动，如可以使细胞内线粒体的生理活动发生异常等，而这样的作用会使得组织发生炎症[24]。与VacA作用机制不同的是，细胞内的CagA不存在于人胃腺癌细胞系，而存在于巨噬细胞系中[25]。CagA参与c-Met-PI3K/Akt-mTOR信号通路，并且对于细胞自噬起到了负调控的作用，这一机制会促进幽门螺杆菌感染所造成的炎症反应。当幽门螺杆菌急性侵染细胞时，VacA与LRP1结合促进ROS积累诱导的细胞自噬则会使得CagA蛋白被降解和清除[26]。

2.1.3其他参与组分：幽门螺杆菌内存在的细菌外膜小泡(OMV)有着把菌体产生的毒力因子传递到宿主细胞中的功能，并在体内诱导自噬等免疫应答反应[27]。OMV参与LKB1/AMPK信号通路，在这一信号通路中调控细胞自噬和白细胞介素的产生。除此之外，幽门螺杆菌OMV还可诱导自噬小体形成，这一过程不依赖于VacA的调控[28]。

幽门螺杆菌还会分泌一种名为HP0175的蛋白。目前已有研究报道该蛋白的功能是促进胃上皮细胞的程序性死亡[29]。HP0175可以在急性感染幽门螺杆菌期间以不依赖VacA毒力因子的信号途径上调自噬相关基因的表达，诱导细胞的自噬[30]。综上，在急性感染期间，幽门螺杆菌产生的毒力因子会干扰宿主细胞的稳定性，这种效应已经在VacA或Cag阳性幽门螺杆菌株中被发现[26]。细胞通过自噬的形式以细胞内细菌为靶点，限制其生长和存活，并对其产生的有害物质进行清除和降解，这是胃上皮细胞的重要防御机制。

2.2慢性幽门螺杆菌感染抑制细胞自噬 幽门螺杆菌的慢性感染机制与急性感染机制不同。胃上皮细胞长时间暴露于VacA毒力因子作用下的结局可能类似于VacA阳性幽门螺杆菌菌株的慢性感染模型[31]。VacA长期与宿主的共存破坏了细胞的正常自噬作用，由于幽门螺杆菌产生的VacA抑制了组织蛋白酶D在自噬体中的表达，抑制了自噬体和自噬溶酶体的形成，故在慢性幽门螺杆菌感染过程中，VacA可以进一步抑制胃上皮细胞的自噬[31]。此外，由于细胞无法通过自噬对幽门螺杆菌菌体以及CagA等有害物质及时清除，VacA阳性幽门螺杆菌菌株可以持续驻留在胃黏膜组织中进而诱发炎症及肿瘤的发生[2]。同时，CagA发挥其作用，使得编码自噬相关蛋白的基因表达水平下降，而VacA阳性幽门螺杆菌菌株诱导产生炎症的细胞因子则被上调[32]。

有研究表明，MicroRNA(miR)-30b和miR-30d在慢性幽门螺杆菌感染时表达上调[33]。miR-30b和miR-30d能够使ATG5-ATG12-ATG16L1蛋白复合体的活性下降，进而导致自噬小体不能够正常合成，受损的自噬体进一步促进了幽门螺杆菌的持续感染以及幽门螺杆菌在慢性感染期间的细胞内存活[34]。因此，多个信号通路均可在幽门螺杆菌慢性感染导致自噬下调的过程中发挥作用。

3 幽门螺杆菌诱导的细胞自噬对胃癌影响

虽然幽门螺杆菌最初诱导细胞自噬可能是宿主对急性感染的防御，但长期受幽门螺杆菌侵袭的细胞，其正常自噬能力减弱，自噬功能受损伤的细胞被机体免疫系统识别的难度增加，未被识别的受感染细胞则会进一步加剧机体的受感染程度，进而导致机体的组织发生病变引发炎症并推动致癌物的形成，而这些致癌物是导致胃癌发生的关键因素。

自噬受抑制的细胞无法及时降解受损的细胞器及VacA、CagA等毒力因子，这又会进一步加剧有害物质的积累、加深线粒体的受损伤程度，并最终造成机体受损[35]。VacA的毒素可引起一系列的细胞内功能损伤，如对人体的免疫细胞功能抑制，这使得幽门螺杆菌能够长时间在胃部生存繁殖[36]。自噬受抑制的细胞中显示出增加的ROS，从而增加了DNA突变和致癌的可能性[37]，这与Machado等[38]的发现一致。Tsugawa等[26]研究表明，持续感染幽门螺杆菌的CD44阳性细胞通过抑制自噬增加了CagA的表达水平，同时磺胺嘧啶可以通过上调自噬来阻止CD44阳性细胞中CagA的积累，暗示了可通过调节细胞自噬对CagA依赖性胃癌的发生进行预防。此外，西罗莫司可以通过上调自噬来增加幽门螺杆菌的清除[39]，这表明自噬的诱导因子可能是治疗慢性幽门螺杆菌感染的新型抗生素。

目前已有较多研究证明幽门螺杆菌慢性感染诱导的细胞自噬与胃癌的形成存在联系。有研究表明，在感染gc026的人胃腺癌细胞中发现28个自噬相关基因有显著下调；先前从人类自噬数据库和已发表的微阵列数据中发现，在慢性幽门螺杆菌感染患者中核心自噬基因(ATG16l1、ATG5、ATG4D和ATG9A)有所下调[31]。幽门螺杆菌感染相关的自噬还可能调节微生物群。有文献报道，与具有复杂胃微生物群的小鼠相比，没有共生细菌的小鼠模型中幽门螺杆菌的感染会导致胃肠道上皮内瘤变的发生出现滞后[39]。这些发现表明幽门螺杆菌和共生微生物之间的相互作用可能参与胃癌的形成。

综上所述，幽门螺杆菌在急性感染期间可能干扰宿主细胞的稳态，特别是通过分泌毒力因子产生影响[40]。自噬是限制细菌存活和生长的重要防御机制。在幽门螺杆菌急性感染期间，胃上皮细胞可以诱导典型的自噬以维持稳态。慢性幽门螺杆菌感染可导致自噬相关蛋白的功能障碍，自噬的抑制可导致持续性感染。同时，幽门螺杆菌诱导的细胞自噬也与胃癌的形成有着密切联系，其对自噬相关基因以及共生微生物均有影响。因此，幽门螺杆菌感染已经成为一个全球性的健康问题。在幽门螺杆菌感染期间，细胞内稳态无法维持，参与稳态维持的自噬机制无法正常进行。如果提高胃上皮细胞自噬相关蛋白含量，则可以加强幽门螺杆菌的清除。这一机制可以应用在自噬诱导物上作为新的治疗药物开发。虽然幽门螺杆菌获得多重耐药的机制依赖于其相关毒力因子导致的自噬下调和持续感染维持，但此过程相关信号通路中涉及的具体蛋白尚未得到确定，还有待进一步的研究。