幽门螺杆菌菌株特异性与胃癌关系研究进展

徐佳升，王彪，谢川

本文价值：

（1）本文系统、全面地回顾了近些年对幽门螺杆菌菌株特异性的最新研究进展，并进行总结分析，便于广大医务工作者快速了解该研究领域。

（2）大量文献研究发现并非所有幽门螺杆菌会增加宿主发生胃癌的风险，而是表达胃癌相关因子（如CagA、VacA、外膜蛋白、dupA等）的菌株才具有致癌性。应对幽门螺杆菌菌株进行亚种分型，判别其致病力，从而辅助临床决策。

（3）本文探讨了各胃癌相关因子之间的内在联系，并发现幽门螺杆菌菌株的特异性可能是导致胃癌发病率呈现地理性差异的原因。

幽门螺杆菌是革兰阴性菌，其因黏附特性而定植于胃黏膜小凹及其邻近表面上皮，可在人体和实验动物中引起胃黏膜炎性反应。幽门螺杆菌一旦寄居于人类胃部，如不行抗菌治疗，其感染可持续数十年。纵向研究表明，胃炎是组织学异常变化的早期阶段，在依次经过炎性细胞浸润、萎缩性胃炎、肠上皮化生、非典型增生后最终可导致胃癌［1］。有研究认为，幽门螺杆菌与胃腺癌和胃淋巴瘤的发生具有相关性［2］。流行病学研究表明，幽门螺杆菌感染者患胃癌的风险显著高于幽门螺杆菌阴性者［3］。有实验显示，幽门螺杆菌感染蒙古沙鼠后，于1.0～1.5年后诱发胃癌［4］，进一步证明了幽门螺杆菌具有致病作用。世界卫生组织亦将幽门螺杆菌定为Ⅰ类致癌物［5］。幽门螺杆菌感染导致胃癌被认为是多因素长期共同作用的结果，包括慢性炎症（参与许多类型恶性肿瘤的发病机制）［6］、DNA损伤、胃干细胞的激活、细胞增殖和细胞凋亡的变化、上皮细胞分化和上皮细胞极性的变化、肿瘤抑制因子降解和胃酸度改变（胃酸度改变导致胃正常酸度时未发现的菌种过度生长）等。但是幽门螺杆菌具有高水平、多层次的种内遗传多样性，许多研究已经分析确定幽门螺杆菌菌株特异性与胃癌发生相关［7］。幽门螺杆菌菌株中最显著的特异性之一为是否存在被称为cag致病岛（PAI）的一段40 kb染色体区域。研究表明，在缺乏cag PAI的幽门螺杆菌菌株中，胃癌发生风险较低［8］。在含有cag PAI的菌株中，胃癌发生风险取决于菌株的多种特异性细菌因子及其之间的相互作用以及宿主本身的因素。本文通过总结幽门螺杆菌菌株特异性与胃癌发生的相关性，提出了不同地区的幽门螺杆菌菌株特异性可能是导致胃癌发病率地理性差异的重要原因。通过对不同幽门螺杆菌菌株特异性进行监测，来指导临床对胃癌的干扰和预防，降低胃癌的发病率。

1 胃癌流行病学

胃癌发病率在世界各地有显著差异，男性发病率约为女性的2倍，且目前东亚地区发病率最高（日本和韩国每10万人中约有60例），而幽门螺杆菌是胃癌最显著的危险因素［9］。幽门螺杆菌感染率低的地区胃癌发病率也相对较低，但也存在例外：非洲和印度许多地区的人群幽门螺杆菌感染率高，但胃癌发病率相对较低［5］。因此必须对幽门螺杆菌菌株进行区分以便确定导致胃癌的幽门螺杆菌亚型，从而有针对性地进行治疗。

2 幽门螺杆菌菌株特异性与胃癌的关系

幽门螺杆菌的特征是具有高度的种内遗传多样性。单个基因核苷酸序列多样性可归因于突变率高、种内重组率高［10］。不同地区人群所感染的幽门螺杆菌菌株不仅在单个基因的序列上有差异，而且表现出基因含量和染色体组织的差异。幽门螺杆菌的核心基因组由约1 100个基因（存在于所有幽门螺杆菌菌株中）组成，每个菌株通常含有数百个不普遍存在的其他基因。既往多项研究已经在不同患病状态的人群中分析了幽门螺杆菌分离物，以便确定与胃癌或癌前病变存在相关性的菌株。本文着重分析胃癌高风险和低风险因素中的菌株特异性基因和相关蛋白（见表1）。

2.1 细胞毒素相关抗原（CagA） 不同地区人群感染的幽门螺杆菌菌株中最突出的差异为是否存在cag PAI。单个幽门螺杆菌菌株可能含有完整的cag PAI（约40 kb）、染色体重排的cag PAI、缺乏1个或多个基因的不完全cag PAI［11］。cag PAI包含CagA进入宿主细胞所需的约18种基因，并且编码CagA，通过Ⅳ型分泌系统（T4SS）将CagA转入宿主细胞［12］。CagA进入宿主细胞后，在被称为EPIYA模体的位点通过Src和Abl家族激酶进行酪氨酸磷酸化，接着其以磷酸化形式或非磷酸化形式可以与至少10种宿主细胞组分相互作用，导致细胞产生一系列变化［13］，如上皮细胞形状、极性的变化，顶端上皮连接复合物的破坏，上皮细胞分化的变化（导致侵袭性表型，类似于上皮到间质转化）［14］，细胞增殖的增强和细胞凋亡的抑制，胃干细胞的活化和p53肿瘤抑制因子的降解［15］。研究显示，幽门螺杆菌引入蒙古沙鼠的胃后，含有CagA和完整的cag PAI的幽门螺杆菌菌株可促进胃细胞发生癌前期变化和胃癌的发展，而具有Cag-T4SS缺陷型的CagA菌株或Cag-T4SS基因发生突变的菌株不能引起胃癌［16］。类似地，与CagA突变菌株或具有Cag-T4SS的突变菌株相比，含有CagA和完整的cag PAI的幽门螺杆菌菌株可引起沙鼠更严重的胃炎［17］。表达CagA的转基因小鼠自发发生胃上皮细胞增生、胃癌、小肠腺癌和血液恶性肿瘤［18］。因此，CagA也被认为是由细菌产生的致癌蛋白。

表1 幽门螺杆菌菌株特异性与胃癌的关系Table 1 Relationship between Helicobacter pylori strain specificity and gastric cancer

大量证据表明，感染CagA阳性幽门螺杆菌菌株的患者胃癌或癌前病变的风险高于感染CagA阴性幽门螺杆菌菌株的人群［19］。CagA阳性幽门螺杆菌菌株（通常含有整个cag PAI）导致的胃癌高风险缘于CagA的细胞效应和胃黏膜炎性反应增强［20］。通过分析幽门螺杆菌分离物，可以确定是否存在CagA基因，或将抗CagA血清抗体的存在作为CagA阳性菌株感染指标，而通过分析CagA氨基酸序列可以进一步分析感染CagA阳性幽门螺杆菌菌株者其胃癌发生风险，如宿主细胞中CagA酪氨酸磷酸化水平受蛋白质内可进行磷酸化的EPIYA模体数量的影响［21］，含有较多EPIYA模体的CagA有更强的细胞内靶标结合能力且在宿主细胞内活性更高［22］，因而含有较多EPIYA模体的CagA阳性幽门螺杆菌菌株通常有更高的导致胃癌的风险［23］。CagA在细胞内的活性也受到酪氨酸磷酸化模体内氨基酸序列变化的影响，如含EPIYA-B模体的菌株比含EPIYT-B模体的菌株在胃癌中更为常见［24］。在CagA阳性幽门螺杆菌菌株中，CagA水平有差异，该差异是由CagA转录起始位点下游的核苷酸序列变异引起的。研究表明，CagA水平高的幽门螺杆菌菌株与癌前病变风险升高有关［25］。

2.2 空泡细胞毒素A（VacA） 幽门螺杆菌通过自身转运体或Ⅴ型分泌途径分泌VacA。VacA最初因其能引起上皮细胞空泡化作用而得名［26］，现在已有更为广泛的应用。所有幽门螺杆菌菌株含有1个VacA基因，虽然绝大部分菌株的VacA基因可以被表达且分泌，但各菌株之间有很大的差异，这是由于不同菌株之间VacA表达水平具有差异，且VacA蛋白之间存在氨基酸序列变异。根据VacA基因序列中s、i和m区域中的碱基差异而分出s1、s2、i1、i2、m1、m2等等位基因［27］。s1、i1、m1类型VacA的细胞空泡活性比s2、i2或m2类型的VacA更强。到目前为止，大多数关于VacA细胞效应的研究采用s1、i1、m1类型VacA［27］。研究表明，VacA通过依赖网格蛋白介导进入宿主细胞，并最终定位于核内体和线粒体［28］。VacA对上皮细胞的影响包括核内体功能改变［29］、线粒体膜通透性变化、刺激自噬、活性氧物质积累［30］、细胞死亡等。研究表明，VacA对T淋巴细胞有明显抑制作用［31］，且对B淋巴细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞和树突细胞等也有同样的抑制作用［32］。与含有s2、i2或m2类型VacA的菌株相比，含有s1、i1或m1（编码更多活性VacA）类型VacA的菌株有更高的胃癌或癌前病变（如肠化生）风险［33］，这可能与多种因素有关，包括VacA刺激胃上皮细胞、改变壁细胞功能和胃酸酸度、干扰各种免疫细胞功能等。在小鼠模型中，含s1、i1类型VacA的幽门螺杆菌菌株比含s2、i2类型VacA的幽门螺杆菌菌株更易诱导肠化生和胃炎［34］。

2.3 BabA、SabA 虽然幽门螺杆菌基因组包含约60个编码外膜蛋白（OMP）的基因，但是许多OMP编码基因在幽门螺杆菌菌株中是保守片段，且OMP的产生可以通过多核苷酸重复区域内的滑链失调来调节。两种研究最深入的OMP（BabA和SabA）在体内可作为介导幽门螺杆菌与胃上皮细胞结合的黏附素。BabA与宿主细胞上的岩藻糖基化Lewis b组织——血型抗原结合，SabA与唾液酸化Lewis x抗原结合［35］。SabA除了可介导幽门螺杆菌黏附于上皮细胞外，其还可以作为唾液酸依赖性血凝素发挥作用，并且在中性粒细胞的非轨道活化中起作用［36］。研究显示，与不含OMP基因的幽门螺杆菌菌株感染相比，含有BabA或SabA基因的幽门螺杆菌菌株感染与癌前病变、胃癌等的相关性更强［37］。

2.4 十二指肠溃疡促进因子（dupA） 位于幽门螺杆菌染色体非保守区域内（即可塑性区域）的序列为dupA基因，该基因被认为是胃癌风险标志物。与缺乏该基因的幽门螺杆菌菌株相比，感染含有该基因的幽门螺杆菌菌株后患胃癌的风险更低［38］。据报道，dupA对胃上皮细胞产生IL-8起促进作用且提高幽门螺杆菌在低pH值下的存活率［39］。含有活性dupA基因的幽门螺杆菌菌株诱导单核细胞产生促炎细胞因子［40］。

2.5 HomB、oipA（hopH）、hopQ HomB、oipA（hopH）、hopQ与胃癌相关；含有oipA（hopH）、hopQ（Ⅰ型hopQ和Ⅱ型hopQ）的单个幽门螺杆菌菌株可以含有1个或2个相应编码基因［37］。

总之，感染了含有CagA、s1类型VacA和BabA的幽门螺杆菌菌株的人群，其发生胃癌的风险最高。幽门螺杆菌与胃癌风险相关，且不同类型幽门螺杆菌菌株与胃癌的相关性具有显著差异。

3 幽门螺杆菌菌株特异性基因之间的关系

幽门螺杆菌通常存在种内遗传重组，被认为具有重组种群结构。值得注意的是，与胃癌相关的幽门螺杆菌菌株特异性基因在菌落中呈非随机分布，即使这些基因在幽门螺杆菌染色体中的位点是不连续的，其仍存在一定的相关性，如大多数cag PAI阳性幽门螺杆菌菌株含有s1类型VacA、BabA、HomB、Ⅰ型hopQ和intra-frameoipA等位基因，大多数cag PAI阴性幽门螺杆菌菌株含有s2类型VacA、Ⅱ型hopQ和out-frameoipA等位基因，缺乏BabA和HomB［41］。细胞培养模型研究揭示了这些蛋白之间的相互作用，如幽门螺杆菌使用CagA和VacA从宿主细胞中获得铁［42］，这一过程可能需要这两种蛋白质的活性平衡。此外，CagA对胃上皮细胞的作用受VacA抑制，VacA的相关作用也因受到CagA的作用而减弱［43］。VacA通过自噬刺激CagA的降解，两者存在一定的拮抗作用。OMP和T4SS功能之间的相互作用也已被报道［44］，如BabA和hopQ可以增强cag-T4SS依赖性表型［45］。此外，cag阳性幽门螺杆菌菌株可刺激合成唾液酸化Lewis x（SabA黏附素的受体），从而介导SabA黏附素对宿主细胞的作用［46］。cag阳性幽门螺杆菌菌株通过诱导产生更强烈的胃部炎症，间接刺激SabA介导过程，增强细菌附着于上皮细胞的能力。

4 胃癌的地理学变化

胃癌的发病率在世界不同地区有明显的差异，但原因尚不清楚。值得关注的是，绝大部分东亚幽门螺杆菌分离株存在多种与胃癌高危相关的特异性基因（包括CagA PAI、第1类VacA和BabA）［47］。相反，含有s2类VacA等位基因和缺乏BabA的CagA阴性幽门螺杆菌菌株通常在美国和西欧更为常见。东亚地区的幽门螺杆菌菌株中，携带CagA、s1类VacA和其他与胃癌相关基因的特异性菌株占种群优势，可能是当地胃癌发病率高的原因之一。

由于管家基因的序列类型具有多样性，东亚地区的幽门螺杆菌分离株形成了一个不同群体，其与世界其他地方的菌株相比，东亚地区菌株的阳性选择基因（包括CagA和VacA）具有明显的特异性［48］。在东亚地区菌株中，关于CagA的研究最为详细，具体来说，与非亚洲形式的CagA相比，在东亚地区菌株中发现的CagA酪氨酸磷酸化（EPIYA-D）模体能在细胞内产生更高水平的CagA酪氨酸磷酸化和细胞效应［49］。因此，与产生其他形式CagA的菌株相比，产生具有EPIYA-D模体的CagA蛋白的菌株具有更高的胃癌风险［50］。与非亚洲菌株相比，东亚地区菌株CagA以外的其他蛋白功能较少，宿主遗传学和环境因素的变化也可能是导致胃癌发病率地理性差异的原因。

通过管家基因的多位点序列分型，可以鉴别世界各地不同地理分布的菌株组。统计的地理多样性模式表明，幽门螺杆菌至少在人类中存在了10万年［49］，其大约在6万年前随人类的多次移民从非洲向外扩散［51］，随后在世界各地相对独立，进而产生菌株基因多样化［52］。哥伦比亚的研究表明，非洲裔人类感染了非洲裔幽门螺杆菌菌株后，其胃癌风险低［53］。在非洲许多地区，大部分人携带幽门螺杆菌，但胃癌发病率相对较低（这一现象称为非洲谜，即非洲地区存在独特的例外），说明幽门螺杆菌与人类之间的关系受两种物种长期以来共同进化的影响，将幽门螺杆菌引入非进化共同体的人群可能导致不利结果。这些发现说明胃癌风险受细菌和宿主因素共同影响，破坏人类和幽门螺杆菌共同进化关系可能会导致胃癌风险升高。

5 小结及展望

本文通过对比胃癌患者胃组织与非恶性病变胃组织中的幽门螺杆菌菌株，发现了很多与胃癌发病风险相关的菌株特异性因子［54-57］。除了确定是否存在致病基因、相关编码蛋白外，研究幽门螺杆菌菌株特异性因子之间的相互作用（如VacA与CagA之间的拮抗作用）也非常重要［41］。此外，探究胃癌发病率的地理性差异也很有意义，尤其是不同地区幽门螺杆菌菌株中氨基酸序列的变化是否会导致相关蛋白功能改变以及该序列变异是否影响胃癌发生。需要研究幽门螺杆菌与人类的共同进化关系以及破坏这种关系的分子基础，从而明确幽门螺杆菌增高胃癌风险的致病机制。

总之，大量细胞实验和动物模型研究表明，胃癌风险与幽门螺杆菌菌株特异性之间存在相关性［58-62］。在以后的研究中，需要更加明确幽门螺杆菌菌株特异性因子在胃癌中的作用。笔者认为，并非所有幽门螺杆菌感染会增高胃癌风险，而应通过对其致病机制的理解来评估幽门螺杆菌感染者发生胃癌的风险，从而选择高风险者及时进行治疗干预。

作者贡献：徐佳升提出文章的构思与想法，撰写论文；王彪进行文献检索，协助撰写论文；谢川指导文章写作，对文章进行审校，并对文章负责。

本文无利益冲突。

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