幽门螺杆菌与胃癌相关分子机制研究进展

赵春莲 张艳 韩亮 周媛 李杰

因幽门螺杆菌（H.pylori）与胃癌的密切相关性，1994年世界卫生组织将其划归为I类致癌原。这种革兰阴性、微需氧菌持续寄生于胃粘膜，并成为其中的优势种群。虽然感染H.pylori通常是无症状的，但其与胃炎、消化道溃疡相关，严重时还会导致胃癌。近年来，胃癌已成为发生率位居世界第五的癌症，其死亡率高达75﹪，相关统计数据表明胃癌已成为癌症死亡第三位的原因[1]。国际癌症研究中心（IARC）的报告表明，78﹪的胃癌与H.pylori感染相关[2]。H.pylori导致胃相关疾病的分子机制非常复杂，近期研究探讨了H.pylori诱导DNA损伤和异常甲基化，从而影响下游宿主细胞信号转导，以及H.pylori如何引发上皮间质转化（EMT）、促细胞生存和增殖。部分H.pylori相关作用途径在其他不同类型的癌症中也有体现。现将幽门螺杆菌与胃癌相关分子机制研究综述如下。

1 H. pylori诱导DNA损伤和异常甲基化

基因组不稳定性和突变是癌症发展的新兴标志。这些基因组变化是由于DNA直接损伤、DNA修复失败或通过DNA甲基化等表观遗传修饰引起的。H.pylori作用的途径有：异常甲基化，降低错配修复基因表达，增加激活诱导胞嘧啶脱氨酶（activation-induced cytidine deaminase，AID）的表达，以及诱导DNA双链断裂（double strand DNA breaks，DSBs）。

虽然H.pylori诱导DNA损伤的作用早已提出，但导致这一过程的相关机制仍未明确。CagA是H.pylori重要的毒力因子，Chaturvedi等[3]证实CagA+菌株能通过精胺氧化酶（spermine oxidase，SMO）作用引起细胞凋亡及胃上皮细胞DNA 损伤增加，导致发生胃恶性肿瘤风险增高。在H.pylori感染后会出现活跃转录区和近端粒区DSBs的积累，导致DNA损伤[4]。此外，H.pylori引起的损伤模式类似于胃癌时发生的结构变异。缺乏Cag致病岛（Cag pathogenicityisland，cag-PAI）的菌株诱导 DSBs能力受损[4]，提示Ⅳ 型分泌系统（T4SS）在这一过程中发挥了作用。DSBs发生在NF-κB依赖的方式，也支持了上述观点。分子模型的建立表明，将T4SS末端结与β1整合素结合能引起细胞核NF-κB的激活和易位，NF-κB常作为RelA，NER内切酶XPG和XPF以及补充因子XPA的染色质结合区域[5]。XPA和XPF然后诱导DSBs，增强NF-κB的表达，致抗凋亡基因表达增加，促进细胞存活[5]。因此，H.pylori诱导DSBs具有独特性，并且可能由该病原体直接引起。

H.pylori导致基因组不稳定性的另一种机制是通过操纵宿主基因甲基化过程实现的。与未感染者相比，H.pylori感染者胃窦细胞内的DNA去甲基化增加。在病变周围的正常组织中DNA去甲基化也增加。DNA异常甲基化在不良疾病预后中的作用得到了16年队列研究的支持，该研究表明特定基因甲基化的变化可以作为胃癌进展的预测因子[6]。此外，一些研究对基因甲基化改变的下游影响进行描述，如H.pylori对N-Myc下游调节基因2（N-Myc downstream-regulated gene 2，NDRG2）启动子的甲基化有极大的影响，在54﹪的原发性胃癌标本中都可以见到甲基化[7]。NDRG2是一种潜在的抑癌基因，有助于同源性磷酸酶-张力蛋白（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的脱磷酸作用[8]。由于C-末端磷酸化水平增加，PTEN失活常发生于胃癌。PTEN脱去磷酸PIP3成为活化的去磷酸结构，由此降低了PI3K/Akt活性[8]。因此，随着甲基化增加，NDRG2的表达降低，PTEN C端的磷酸化增加，并对PI3K/Akt通路的抑制作用随之减轻[7]。目前认为DNA甲基转移酶3b（DNMT3b）上调与H.pylori感染相关，增加NDRG2启动子甲基化[7]。

DNA甲基化也会对慢性炎症性疾病和癌症时micro-RNA（miRNA）的调控产生影响[9，10]。H.pylori阳性胃病患者中出现了miR-210启动子的CpG岛异常甲基化，从而造成miR-210的减少，导致 miR-210增殖指标如 Stathmin1（STMN1）和dimethyladenosine 转移酶 1（DIMT1）表达增加[9]。H.pylori也通过环氧化酶-2 /前列腺素E2（COX-2/PGE2）激活刺激miRNA启动子甲基化[10]。PGE2促进肿瘤细胞的甲基化，在H.pylori感染的情况下，miR-149是PGE2诱导DNA甲基化的调控靶点。miR-149调控并抑制IL-6和PGE2受体基因。因此，miR-149 的甲基化会导致miR-149的减少和IL-6的增加。IL-6诱导的下游后果包括EMT、干细胞特征和侵袭性[10]。H.pylori调控DNA损伤和DNA甲基化的方式，通过增加基因组不稳定性和促进细胞增殖、EMT及多能性，并通过激活细胞信号通路，促进肿瘤的发生。

2 H.pylori与EMT

EMT在癌症病因学研究中扮演着重要角色，是其发展过程中的关键。在EMT过程中，上皮细胞失去了维持健康细胞屏障的特性，并且获得了间质细胞的特性：细胞间相互作用减少、极化丧失和移动性增加。研究表明，H.pylori感染与胃粘膜上皮细胞的EMT样改变相关。H.pylori阳性胃癌患者组织活检标本中，上皮细胞标记物E-cadherin的表达减少，间质细胞标记物SNAIL、TWIST、SLUG和vimentin的表达增加[11]。根除H.pylori导致标记物表达逆转，E-cadherin表达增加，而SNAIL、TWIST、SLUG和vimentin的表达减少[11]。CD44与H.pylori引起的EMT之间的关系已经得知，CD44的升高与间质标记物相应增加有关[11，12]。虽然这些研究没有表明H.pylori和CD44之间直接的相互作用，H.pylori可能影响通过抑制miR-328这种已知的CD44负调节因子来影响其表达[13]，可能进一步促进EMT。

CagA这种多重毒力因子也直接与H.pylori诱导EMT和通过CD44 的细胞增殖作用相关[14，15]。体内和体外模型均表明，CD44，c-Met和CagA蛋白构成了一种复合物，导致细胞增殖增加，间质细胞标记物（α-SMA、SNAIL2、TWIST1、N-cadherin和ZEB1）表达增加，并破坏细胞膜相关E-cadherin[14]。间质标志物、CD44和基质金属蛋白酶的增加发生在CagA磷酸化依赖的方式中[15]。同样，CagA的转染会导致E-cadherin 相应减少和TWIST以及vimentin的增加[12]。这种随即出现的E-cadherin的减少似乎与程序性细胞死亡因子4（PDCD4）的负调节有关，这表明CagA通过多种途径影响EMT[12]。

TNF-α诱导蛋白（TNF-α-inducing protein，Tip-α）被认为是胃癌发展相关的新的致癌因子[16]。Tipα也被认为与EMT相关，体外细胞研究证实它能诱导MKN-1细胞表达波形蛋白及伪足形成[17]，这与丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号转导系统的经典途径Ras-Raf-MEK1/2-ERK1/2有关。Chen等[18]体外细胞实验认为，Tipα通过 IL-6/STAT3信号通路引起E-cadherin表达下调，N-cadherin和vimentin表达上调，导致EMT形成，可能与胃癌侵袭、转移相关。

这些常用的间质细胞或上皮细胞标记物在EMT过程中有不同的作用机理，如E-cadherin的减少和破坏会导致细胞与细胞连接减弱，这是EMT的一个重要标志。结合素-43（Cx43）为一种缝隙链接蛋白，在H.pylori感染时受到影响[19]。H.pylori诱导Cx43的GATA3依赖性降低，从而导致胃上皮细胞完整性减弱。Cx43的表达比空泡毒素A（VacA）更容易引起细胞死亡。H.pylori通过降低Cx43水平从而减少细胞数量的决定性机制，引起Cx43下调，而VacA在任何表达Cx43的细胞中诱导细胞死亡，最终会导致胃上皮细胞修复程序缺失，可能增加了EMT的倾向。

3 细胞增殖与胃癌

CagA与β-catenin之间的相互作用，在破坏细胞之间连接时起到了重要作用。这表明β-catenin直接或间接导致EMT。更多的证据支持CagA的依赖性，β-catenin的核积累会导致促增殖基因表达增加。这个结果的产生有几种机制共同参与。近来，聚乙二醇-磷蛋白、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）被发现是CagA依赖性活化β-catenin的另一中介[20]。H.pylori感染后，以CagA和T4SS依赖性方式致细胞内OPN增加[21]。OPN增加的下游效应和随后β-catenin的核定位会导致c-Myc和cyclin D1（CCDN1）这两种已知细胞增殖基因的表达增加。小鼠模型研究显示，OPN的丢失抑制了炎症、上皮细胞增殖等癌性变化，并减少了凋亡[22]。

在H.pylori感染过程中激活的另一个主要细胞增殖途径是PI3K/Akt。H.pylori感染通过PI3K/Akt促进细胞增殖，并能减少抑制PI3K/Akt激活的蛋白表达。抑制Ndrg2后，PTEN以无活性状态存在[7，8]。作为一种额外的调控机制，H.pylori感染也会导致miR-221/222表达增加。这两种miRNA同抑癌基因RECK一样，靶目标都是PTEN[23]。在PI3K/Akt通路中另一个变化的组件是PDK-1。在感染早期，H.pylori使PDK-1脱磷酸，导致Akt脱磷酸化并诱导细胞凋亡。其次是存活细胞增殖的增加。最后，CagA通过Akt 诱导PI3K/Akt信号通路的下游蛋白SP1活化[24]。SP1作为RBP2的转录因子，RBP2与CCDN1的启动子相结合，导致cyclin D1上调[24]。因此，RBP2具有双重作用，RBP2诱导EMT和干细胞化，以及诱导细胞增殖。

H.pylori利用多种方式营造有利于细胞增殖和生存的环境。除了激活促进这些过程的通路外，H.pylori还抑制了阻止这些通路的机制。例如，H.pylori可调节多种miRNA来影响细胞增殖。其中，miR-203在H.pylori阳性组织标本中下调，这一下降导致PIK3CA和CASK靶点也相应增加，从而增强细胞的增殖和侵袭[25]。同样，miR-101在H.pylori感染胃癌组织中也下调。miR-101水平的降低导致SOCS2上调，影响细胞周期，促进肿瘤的发生[26]。其他miRNA，包括miR-375和mir101b在H.pylori感染时下调，进一步增强了致癌信号[27]。因此，H.pylori通过miRNA靶点的改变作为一种促进细胞存活和增殖的机制。

研究表明，长链非编码RNA（lncRNA）的表达在胃癌中发挥着重要作用。在H.pylori感染的细胞模型研究中，303个lncRNA和565个mRNA存在异常表达，并且4个下调的lncRNA（n345630、xloc_004787、n378726和 linc00473）在 H.pylori阳性胃标本中得到了验证[28]。lncRNA af147447作为抑癌基因，可直接结合或上调miR-34c抑制癌基因MUC2的表达，在H.pylori感染的体内外实验中都出现了下调[29]。H.pylori感染可上调SGK1的表达进而通过JunB活化增强表达lnc-sgk1。lnc-sgk1可以诱导Th2和Th17通过SGK1/JunB信号降低Th1细胞的分化，其表达与胃癌患者的预后密切相关[30]。因此，H.pylori感染会引起lncRNA的差异表达，与胃癌的增殖和侵袭相关。

H.pylori也对大量抑癌因子有负向调控作用。例如，胃动蛋白1（GKN1）具有直接结合CagA从而抑制CagA诱导细胞增殖和EMT的能力，这阻止了SHP2和E-cadherin相互作用[31]。然而，H.pylori通过下调胃癌组织中GKN1阻止这一作用。CagA的这种调节作用和GKN1水平的下降会导致NF-κB和PI3K/Akt的激活[31]。另一抑癌因子TFF1通过Akt/GSK-3负调控从而抑制β-catenin和NF-κB-p65核易位，反过来又阻止H.pylori引起的炎症和促增殖信号的增加，虽然TFF1可以起到保护作用，但其会在几乎50﹪的腺癌中减少或消失[32]。因此，TFF1抑癌活性的丧失，会通过激活c-Myc和cyclin D1导致β-catenin和细胞增殖不可遏制的活化。总之，H.pylori采用了多种方法诱导宿主细胞增殖。

4 结语

虽然20多年前H.pylori就被认定为是一种致癌物质，但研究者至今仍致力于阐明这一病原体的新型致癌机制。尽管这些机制目前尚不十分明确，但有证据表明，H.pylori感染时，随后的宿主反应创造了有利于肿瘤发生的环境。值得注意的是，H.pylori感染引起的宿主细胞变化涉及了传统癌症进展的几个特征，其中包括DNA损伤和甲基化、激活EMT通路、激活促增殖/抗凋亡效应物、抑制肿瘤抑制因子。越来越多的证据表明H.pylori通过多重手段调控促进胃癌的发展。深入研究H.pylori与胃癌发生发展相关的分子机制，将为胃癌的治疗提供新的靶点，也有助于对其他癌症的了解。

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