幽门螺杆菌毒力因子及其诱发胃癌作用机制研究进展

孙振灿，张晓彤，王军，郑亚，王玉平，姬瑞，4

1 兰州大学第一临床医学院，兰州 730000；2 兰州大学第一医院消化科3 兰州大学第一医院消化内镜中心；4 甘肃省消化系疾病临床医学研究中心

胃癌的发生发展是一个多因素、多步骤的过程，遗传、辐射、细菌和不良饮食习惯等均可导致胃癌发生。幽门螺杆菌（Hp）是胃癌最重要的危险因素之一。一项综合了我国26个省份、98项研究的荟萃分析显示，中国人群Hp 感染率约为49.6%［1］。Hp 感染率较高，且易引起不同程度的胃肠黏膜病变，如慢性胃炎、消化性溃疡、萎缩性胃炎、胃癌等。Hp在多种毒力因子的帮助下，可以逃离胃内的恶劣酸性环境，在胃黏膜定植，与胃上皮细胞相互作用，通过改变宿主信号通路、在胃黏膜内诱导炎症、促使上皮间质转化形成、破坏宿主免疫系统等多种机制导致胃上皮细胞癌变［2］。除了经典的细胞毒素相关基因A（CagA）、空泡细胞毒素（VacA）和外膜囊泡（OMV），更多新发现的毒力因子也成为目前的研究热点。现将部分常见且研究较多的Hp 毒力因子及其诱发胃癌的作用机制综述如下。

1 Hp生存相关的毒力因子及其诱发胃癌机制

人胃内pH 值最低可达到2～3，普通细菌无法生存，然而Hp在脲酶的帮助下，不仅可以在pH值极低的胃内生存，还可以通过各种机制致病。

Hp 脲酶根据所在部位分为细菌内脲酶和细菌外脲酶，细菌内脲酶由Hp 产生，细菌外脲酶是胃内细菌裂解产生，可附着于Hp表面。脲酶催化尿素水解产生氨和氨基甲酸酯，氨基甲酸酯进一步分解产生铵和二氧化碳，其中铵能够中和胃酸，二氧化碳能够保护Hp 免受各种代谢产物的杀伤作用，为Hp 在胃内的生存提供必要条件。同时，脲酶还可通过促进血管生成等方式，提供肿瘤细胞生长、侵袭和扩散转移所必需的营养和氧气。新近研究表明，Hp感染胃细胞后，脲酶通过PI3K/AKT/mTOR 通路增加缺氧诱导因子表达，通过促进血管形成、细胞增殖、诱导遗传不稳定等机制促进胃癌进展［3］。另有研究显示，脲酶不仅能够破坏细胞间连接、增加中性粒细胞黏附、诱导内皮细胞产生氧化介质，还可诱导核因子κB（NF-κB）通路激活，增加环氧合酶2、血红素加氧酶1和血管内皮生长因子受体2表达，促进内皮细胞分化［4］，促进Hp感染进展为胃癌。

2 Hp定植相关的毒力因子及其诱发胃癌机制

Hp在胃内存活后，开始在外膜蛋白家族的帮助下在胃黏膜定植。外膜蛋白家族主要包括外部炎症蛋白A（OipA）、Hp 外膜蛋白Q（HopQ）、血型抗原结合黏附素（BabA），这些毒力因子与宿主胃上皮细胞相互作用，帮助Hp建立持久感染。

2.1 OipA OipA 通过改变该基因信号肽编码区CT 二核苷酸重复的数量，调节OipA 基因为功能性（开启）或非功能性（关闭）。功能性OipA 相较于非功能性OipA 可显著增加消化性溃疡和胃癌发生的风险［5］。首先，OipA 通过上调miR-30b 表达，削弱胱氨酸—谷氨酸转运体，减少谷氨酸释放，削弱胃黏膜的保护屏障，使胃上皮细胞更易于被Hp 黏附和定植；其次，OipA 可诱导宿主细胞凋亡。TEYMOURNEJAD 等［6］用不同浓度OipA 处理胃上皮细胞，发现OipA 蛋白可通过线粒体途径上调细胞凋亡相关蛋白B淋巴细胞瘤2（Bcl-2）和Bcl-2关联X蛋白（Bax），激活宿主细胞凋亡，并且细胞凋亡率随OipA 蛋白浓度升高而升高。Hp分泌多种毒力因子时，毒力因子之间可相互促进其致病能力，OipA 和CagA 共同表达阳性的Hp表现出更强的黏附能力。研究显示，感染VacA+/BabA2+/OipA+基因型Hp的患者，发生癌前病变及胃癌的风险增加［7］。

2.2 HopQ HopQ 通过与人癌胚抗原相关细胞黏附分子（CEACAM）结合发挥其致病作用。TAXAUER 等［8］研究显示，Hp通过HopQ-CEACAM 相互作用与胃上皮细胞结合，激活胃细胞内非经典NF-κB 通路，加重Hp 促炎反应。在肿瘤发展早期，可以观察到HopQ 与CEACAM 相互作用，抑制自然杀伤细胞和T 淋巴细胞功能［9］。这表明HopQ 可通过抑制免疫细胞活性，保护肿瘤细胞的发育和生长，因此HopQ-CEACAM 可能作为预防和治疗Hp 相关胃部疾病的潜在靶点。

2.3 BabA Bab 有三个基因组位点，分别为BabA、BabB和BabC。BabA 蛋白是由BabA2基因编码的一种黏附蛋白，分子量为75～80 kD。作为一种黏附蛋白，BabA 与Hp 形成BabA 嵌合基因，在宿主胃上皮细胞定植，并避免被宿主免疫系统清除，产生强力且持久的感染。一项荟萃分析结果表明，感染BabA2+基因型Hp 可能增加胃癌的发病风险［10］。此外，BabA 也参与不同毒力因子的协同作用，诱导更严重的感染和炎症反应，促进胃癌发生发展。

3 Hp致病相关的毒力因子及其诱发胃癌机制

Hp 在胃上皮细胞存活、黏附并成功定植后，与致病相关的CagA、VacA、OMV、γ-谷氨酰转肽酶（GGT）和高温需求蛋白A（HtrA）等毒力因子进一步诱导炎症反应、促进细胞增殖、增强肿瘤细胞侵袭和转移，促使胃部炎症逐步向癌症转化。

3.1 CagA CagA 是由Cag 致病岛编码的Hp 最重要的毒力因子之一。Hp在胃上皮细胞定植后，分泌一种毒力因子HtrA 蛋白，切割细胞间的闭合蛋白、紧密连接蛋白8 和上皮细胞钙黏蛋白，打开上皮细胞间的连接，Hp穿过极化细胞单分子层到基底外侧膜并通过Ⅳ型分泌系统将CagA 易位到胃上皮细胞内［11］。CagA 进入胃上皮细胞后，其羧基端氨基酸序列可以被宿主细胞的Src/Abl酪氨酸激酶磷酸化，磷酸化的CagA 与含有SH2 结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶结合并激活该酶，未磷酸化的CagA与多种蛋白相互作用，激活多种信号通路，导致胃癌发生。

在胃疾病的发展过程中，慢性炎症是萎缩、肠化生及异型增生的起点，也是促进胃癌发展的重要因素。CagA 可以通过下调GKN1、Runt 相关转录因子3、p53 等肿瘤抑制基因，诱导慢性炎症反应，为肿瘤发生创造条件［12-14］。CagA 还可以通过下调Afadin蛋白、诱导癌症干细胞样表型、过度激活成纤维细胞、下调程序性细胞死亡蛋白4 等途径［15-18］诱导胃黏膜内上皮—间质转化，使上皮细胞获得间质细胞表型，细胞极性丧失，形状变得细长，细胞间黏附能力减低，这对细胞侵袭和迁移至关重要。在诱导慢性炎症、上皮—间质转化等过程中，CagA 可通过激活PI3K/AKT通路诱导XIAP E3泛素连接酶磷酸化，增强宿主促凋亡因子Siva1蛋白泛素化，导致其蛋白酶体降解，从而抑制胃上皮细胞凋亡，最终导致胃癌发生［19］。

CagA 不仅可以单独致病，其与VacA 等毒力因子之间的相互影响也是研究热点。研究表明，在VacA 与CagA 共感染的情况下，VacA 可影响宿主细胞自噬，从而导致CagA 在宿主细胞内积累，加速胃癌发生和进展［20］。

3.2 VacA VacA 基因包含三个序列变化的非均质区域，研究较为广泛的有“s”区域、“i”区域和“m”区域。不同区域的序列又可以分为不同的亚家族，如s1 和s2，i1、i2 和i3，m1 和m2。VacA 基因型的多样性影响VacA 蛋白的表达，一项荟萃分析发现，VacA s1m1 基因型显著增加胃癌的风险［21］。EL KHADIR 等［22］研究认为，VacA i1 基因在预测胃癌前病变方面较强。

VacA 进入胃上皮细胞后，通过引起细胞空泡化、损伤线粒体功能、调节自噬、触发内质网应激等多种机制致病。TENG 等［23］报道，VacA 通过p38 MAPK 通路诱导胃上皮细胞下调肿瘤坏死因子受体相关蛋白1，损伤胃上皮细胞线粒体功能，并诱导细胞凋亡，显著增加癌变风险。CAPURRO 等［24］报道，VacA 通过改变瞬时受体电位膜通道黏液蛋白1 活性，抑制细菌溶酶体和自噬对Hp 的杀伤，保证其存活。此外，VacA 还可通过触发内质网应激和增加活性氧等方式，激活细胞自噬［25］，在保护Hp 的同时还能加剧胃上皮细胞死亡。

3.3 GGT GGT 主要通过将谷氨酰胺水解为氨基酸和氨这一机制对宿主产生影响。宿主细胞内谷氨酰胺减少会破坏胃黏膜细胞代谢和氧化还原平衡，影响胃黏膜细胞功能。GGT 水解谷氨酰胺可以为Hp 提供碳源和氮源，释放的氨不仅可以中和胃酸，为Hp 提供生存环境，还可以增强VacA 诱导的细胞空泡化，增强Hp生存能力。GGT水解谷氨酰胺还会影响宿主免疫系统，WÜSTNER 等［26］研究表明，GGT剥夺CD4+淋巴细胞的谷氨酰胺，抑制效应细胞因子激活和表达，抑制c-Myc基因和干扰素调节因子4表达，起到干扰T 细胞增殖的作用。KÄBISCH 等［27］研究表明，谷氨酸水平升高可抑制cAMP 信号传导和IL-6分泌，避免Hp被树突状细胞清除。GGT 对宿主免疫系统的干扰帮助细菌在胃环境内的存活和定植，建立持久的感染。而且间充质干细胞内谷氨酰胺减少会促进其增殖、迁移和自我更新能力，加速其向癌症细胞转化。因此认为，GGT 水解谷氨酰胺这一机制在Hp促进胃癌过程中发挥重要作用，补充谷氨酰胺可能有助于抵抗Hp 感染的慢性损伤，拓宽Hp感染治疗中的药物应用。

3.4 OMVs OMVs 是Hp 自然分泌的囊泡，直径20～300 nm，释放后被胃上皮细胞内吞吸收。OMVs在Hp建立持续性感染过程中起重要作用，其携带的过氧化氢酶可以有效中和活性氧［28］，使Hp免受致命的氧化损伤。OMVs 在保护细菌的同时，还会影响宿主免疫系统。有研究表明，OMVs 可以诱导单核细胞表达环氧合酶2，从而抑制T 细胞反应，促进感染建立［29］。OMVs 除了可以保护病原体、破坏宿主免疫系统，还可以借囊泡向胃上皮细胞转运VacA、CagA、脲酶等毒力因子，促进其他毒力因子对宿主的伤害。

Hp在人体内诱导毒力因子表达，在毒力因子的帮助下，Hp在宿主胃上皮细胞内存活、黏附并定植，通过诱导慢性炎症、调节宿主细胞凋亡和自噬、下调抑癌基因表达、干扰宿主免疫系统等机制诱导癌前改变，对胃癌的发生发展、生长分化和侵袭转移发挥重要作用。进一步深入探索更多的毒力因子及其致病机制，有助于为胃癌的早期诊断、疾病发展、预后判断和靶向治疗等提供新的思路。