幽门螺杆菌黏附素及其致病作用的研究进展

黄秋月，叶 晖，于 靖，张学智

北京大学第一医院中西医结合科，北京 100034

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)是胃内一种感染性致病菌，感染了全球半数以上人口，是造成慢性胃炎、消化性溃疡、胃黏膜相关淋巴组织(MALT)淋巴瘤和胃癌的最常见致病因素[1-2]。研究H.pylori致病机制，有效防治H.pylori相关性疾病已成为全球重大公共卫生健康问题。

H.pylori致病包括很多环节，但能够在胃黏膜上皮表面或胃黏液底层稳定定植是其致病的先决条件，而黏附又是定植的前提[3]。抑制H.pylori黏附或使H.pylori脱黏附，就能预防或消除由于H.pylori感染引起的危害。

H.pylori的黏附和定植具有严格的组织特异性和部位特异性，由数十种特异的黏附素-受体介导[3]。H.pylori黏附素是由H.pylori表达并参与H.pylori对胃黏膜的黏附、定植的一种外膜蛋白(outer membrane proteins, OMPs)[4]。随着对H.pylori的深入研究，很多黏附素被相继报道，如血型抗原结合黏附素(blood group antigen binding adhesin, BabA)、唾液酸黏附素(sialic acid binding adhesin, SabA)、中性粒细胞激活蛋白(neutrophil activating protein, NAP)等，并发现这些黏附素与H.pylori的黏附定植、持续感染及疾病的严重程度密切相关。本文对近年来H.pylori的主要黏附素、黏附受体及其致病作用的研究进展作一概述。

1 主要黏附素

H.pylori的OMPs是由基因组约4%的基因编码的膜蛋白家族，大约可编码64个OMPs，比较基因组学分析，可将其分为5大同源基因家族：Hop超家族、Hof家族、Hom家族、fecA/frpB家族及hef家族[4-5]。OMPs多受环境影响，具有“相变异”的调节机制，使H.pylori很快适应环境[6]。其中许多OMPs与黏附有关，我们称之为黏附素，大部分黏附素都属于Hop超家族，且多与细胞表面抗原(受体)的多糖结构结合[7]。

1.1 Hop超家族

1.1.1 BabA(HopS)：BabA是第一个被发现并确认的H.pylori黏附素，主要通过结合胃上皮细胞表面岩藻糖基化的Leb抗原介导H.pylori的黏附，它可以与Leb上的岩藻糖基形成不同的结合键，以提高细菌黏附的效率和稳定性[8]。研究表明结合还具有可塑性[9]，可逆的酸应答性[10]，使H.pylori能够快速适应人胃内的环境，长期在人胃内定植[11]。在最新的研究中，HAGE等[12]通过X射线晶体学揭示了介导BabA-Leb结合的分子基础：BabA是典型的α-螺旋分子，其在b-链基序内的尖端包含单一浅在的Leb结合位点，结合在Leb的残基和BabA的8个氨基酸间进行，并且验证了BabA变体对Leb的亲和力下降或消失，这为开发旨在抑制H.pylori黏附的药物提供了平台。

1.1.2 SabA(HopP)：SabA主要与胃黏膜唾液酸化的Lewis x 或Lewis a(sLea/x)结合，同时对低表达或不表达Leb血型抗原的患者起到代偿作用，从而维持H.pylori的定植密度[13]。研究表明，H.pylori慢性感染和胃组织炎症导致胃糖蛋白的重塑，sLea/x抗原的表达增加，因此，SabA介导的黏附主要发生在胃黏膜损伤之后[14]。其编码基因SabA的表达受启动子和编码区的相变异及双组分信号传导系统ArsRS抑制的调控，从而使H.pylori能够快速适应不同的微环境或宿主免疫反应[15]。2014年，PANG等[16]利用X射线晶体学方法揭示了SabA胞外黏附域的三维结构，这是H.pylori外膜蛋白家族的细胞外结构域首次被报道。最新研究显示，SabA还可以黏附人胃部神经节苷脂的鞘糖脂结构，有助于探索对H.pylori黏附的特异性靶向治疗[17]。

1.1.3 OipA(HopH)：外部炎症蛋白(outer inflammatory protein，OipA)因最初发现编码该蛋白的基因与促炎因子白细胞介素-8(IL-8)的产生密切相关而得名，也因此被认为是一种毒力因子[18]。HORRIDGE等[19]研究表明，OipA是由宿主细胞接触调控的，仅在功能性Cag致病岛Ⅳ型分泌系统存在的情况下，介导毒力蛋白CagA易位和IL-8反应。AL-MALEKI等[20]研究发现，OipA在体外可以抑制胃癌细胞的凋亡，而不表达OipA的菌株可能具有较低的毒性，甚至可以保护细胞免于癌变。TEYMOURNEJAD等[21]研究发现，OipA通过上调Bax/Bcl-2和活化的caspase-3水平，引起宿主细胞凋亡的级联反应。这两项研究也证实了OipA黏附素的毒性作用。目前OipA的受体还未明确[22]。

1.1.4 AlpA/B(HopC/B)：黏附相关脂蛋白AlpA和AlpB由两个高度同源的相邻基因AlpA/B编码[5]。这两种蛋白均可特异性地黏附在胃上皮，且通过层粘连蛋白(laminin, LN)介导黏附，AlpA/B突变的菌株不能在胃上皮内定植[23]。新的研究发现，AlpB的可变区(氨基酸位置121～146)在TK1402菌株的生物膜形成中起重要作用，并且这种性质取决于编码基因AlpB的特定序列[24]。同时，AlpB序列的多样化也影响黏附到人胃腺癌(AGS)细胞的能力[24]。这些结果将为H.pylori定植的分子机制提供新的见解。

1.1.5 HopQ：JAVAHERI及KONIGER等[25-26]研究均报道HopQ与人类癌胚抗原相关细胞黏附分子(carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule, CEACAM)家族的成员相结合，从而介导H.pylori的黏附。它所介导的黏附不依赖于多糖结构，是人类发现的第一个蛋白结合黏附素[26]。HopQ特异性结合人CEACAM1、CEACAM3、CEACAM5和CEACAM6[25-26]。其中，HopQ-CEACAM1相互作用使毒力蛋白CagA易位进入宿主细胞，并增强促炎介质例如IL-8的释放[25-27]。因此，HopQ-CEACAM1是一种潜在的有望治疗H.pylori相关疾病的新型治疗靶点。

1.2 其他中性粒细胞激活蛋白(neutrophil-activating protein, NAP)因在最初被发现时可以激活中性粒细胞而得名，其可特异性地与黏蛋白结合，使H.pylori穿透黏液层而定植[28]。TALEBKHAN等[29]研究发现，针对NAP的血清抗体代表了胃癌风险状态，并在IL-4 C-590T携带者中进一步恶化。这些生物标志物如果在大型前瞻性研究中得到验证，可用于筛查胃癌易感性，具有重要意义。有研究[30]表明，NAP可能是过敏性哮喘的保护剂。ROSSEZ等[31]发现并确认了黏附素LabA，其特异性识别由胃黏蛋白MUC5AC携带的lacdiNAc。除此之外，还有很多黏附素，如Hom家族的HomB[32]，经常被选作疫苗候选抗原的H.pylori黏附素A(HpaA)等[33]，人类在不断地明确与黏附有关的因子。

2 主要黏附受体

2.1 Lewis血型抗原Lewis血型抗原来源于人ABH血型抗原，主要表达在胃黏膜上皮和胃黏蛋白上。Lewis有2条主链结构，通过在侧链不同位点添加岩藻糖基，1型主链可形成Leb、Lewis a和唾液酸化的Lewis a，2型主链可形成Lewis x、Lewis y、唾液酸化的Lewis x；并且1型主链的抗原多表达在胃上皮细胞表面及胃小凹，而2型主链的抗原多分布在胃腺细胞如黏液细胞、主细胞和壁细胞[34-35]。罗艳等[36]通过临床实验研究了消化性溃疡与Lewis表型的关系，发现Le(a+b+)表型的人群消化性溃疡发病风险较大。并且Lewis表型为Le(a-b+)的患者H.pylori感染率最高，差异具有统计学意义，因此，此表型可能是H.pylori感染的高危因素。

2.2 黏蛋白(mucoprotein, MUC)胃黏液层主要成分是MUC，并携带一系列聚糖结构。健康人的胃黏膜内主要表达MUC1、MUC5AC和MUC6[22]，其中MUC5AC是正常胃组织中Leb结构的最重要载体，是H.pylori的主要受体[37]。MUC5B同时携带了岩藻糖基化的血型抗原和唾液酸，但主要与BabA黏附，较小程度上与SabA结合[38]。新的研究表明，MUC具有聚集特性，可以通过ArsS抑制H.pylori的增殖[39]。这说明MUC可以调节H.pylori的行为，而不仅仅是作为一个物理屏障和附着部位。这种聚集特性还可能有助于黏附素抑制剂和其他疾病干预分子的设计。

黏附素和受体之间是一个复杂的网络系统：同一个黏附素可以结合不同的受体，同一个受体也可以结合不同的黏附素。黏附素或受体的类似物可竞争性地抑制黏附。因此进一步分析H.pylori黏附素及其受体的分子结构具有重要意义，基于这些分子结构，可以设计和开发出新的防止H.pylori黏附的药物。

3 致病作用

H.pylori对胃上皮的黏附对于引起疾病很重要，因为这种紧密黏附有利于：(1)逃避黏液更新、胃蠕动和胃黏膜剥落，防止细菌从胃中消除，从而持久定植。(2)通过“相变异”、“分子拟态”等逃避人体免疫系统[40-42]。(3)介导炎性反应，损伤胃黏膜。在炎症反应中，SabA起着中心作用，且依赖于感染H.pylori的数量[43]。它是中性粒细胞激活的先决条件，可以刺激中性粒细胞产生活性氧物质，引起氧化爆发，造成胃黏膜损伤[44]。BabA也可对中性粒细胞产生趋化作用，进而引发胃黏膜炎症[45]。AlpA/B可以调节多条信号通路，包括MAPK和NF-κB等通路的激活，引发促炎信号级联反应，造成胃黏膜损伤[46]。(4)促进毒力因子的表达和作用，将毒力蛋白有效传递到胃细胞中[47]。体外实验和体内实验均显示，BabA-Leb结合是Cag致病岛Ⅳ型分泌系统活性的增强剂，触发Ⅳ型分泌系统依赖性宿主细胞信号传导，增强炎症，促进肠化生的发展和相关癌前期基因的转录、转化[48]。

因此研究者在寻找疾病相关标志物时充分考虑黏附素。SU等[49]利用基于质谱的蛋白质组技术研究发现，OipA、BabA和SabA的组合显示出胃癌诊断准确性的显著改善，且含有上述抗原的蛋白质微阵列能提供H.pylori相关胃癌快速、方便的诊断。此外还有很多研究，如BabA与受体的结合显示出血型偏好。根据结合抗原特性的不同，BabA分为普通型(generalists)和特殊型(specialists)，前者可与ABO血型的岩藻糖基普遍结合，后者特异性地与O型血的岩藻糖基结合[50]。这就从黏附角度解释了为什么O型血的人更容易发生消化性溃疡。H.pylori也可在其表面脂多糖(LPS)的O链中表达Lewis和相关抗原，经确认，人半乳糖凝集素-3是H.pylori表面Lewis x的受体[35]。有证据显示，长期H.pylori感染可诱导自身反应性抗Lewis抗体与胃黏膜交叉反应，部分导致胃萎缩的发展[35-42]。部分学者发现黏附素还可能与胃外疾病有关，如KATO等[51]研究显示，SabA的高表达可能与儿童和青少年的缺铁性贫血有关。

综上所述，H.pylori表面有丰富的黏附素，通过特异性识别胃上皮细胞表面抗原的特定结构介导H.pylori黏附，从而持久定植。并且很多黏附素是有毒力作用的，如SabA、OipA、HopQ、NAP等，可单独或与毒力因子CagA等协同导致炎症因子释放增加，甚至促进癌前基因的转录，进而导致不同的临床结局。某些毒力因子也有一定黏附作用，如CagE、CagP、FliQ、FliM、FliS和TlyA[52]。因此黏附素与毒力因子的作用相互交织，不可完全割裂开来。可共同作为临床筛选疾病生物标志物的备选因子。

研究H.pylori黏附素及其受体的最终目的是为了更好地研究抗H.pylori黏附，为H.pylori的临床治疗提供新的方法和药物。从hexa-lysine标签技术[53]，到最新的X射线晶体学技术，人们不断探索新的技术和方法，一步步认识黏附素和受体的结构，明确结合位点，为进一步的药物研究提供了理论基础和可能性。目前已经有相当多的抗H.pylori黏附研究，如探索天然物质[54-56]、生物制剂[57]的抗黏附作用。此外，研究减弱黏附作用的疫苗[58-60]也已经成为当前的热点。我国拥有丰富的天然药物资源，从中探寻和开发H.pylori抗黏附剂或将成为出现新突破的领域。