幽門螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)是引起萎縮性胃炎和胃潰瘍等慢性炎症的致病因子，流行病學和動物實驗證實，Hp慢性感染是導致胃癌的重要危險因素，1994年世界衛生組織已將其列為I類致癌原[1]。Hp感染機體後在臨床上所表現出的不同結局除與宿主和環境因素有關外，還與Hp菌株的異質性，即基因組的高度多態性有關，尤其是毒力基因的異質性，決定Hp感染後是否導致炎症、潰瘍乃至胃癌的發生。Hp確切的致癌機製尚不清楚，大量研究表明：cagA與vacA基因分別是發生胃癌的高危險因子[2]。隨後陸續發現iceA、oipA、babA 等基因與胃癌的發生密切相關，但這些基因無一單獨可作為疾病特異性的標誌。隨著比較基因組學和功能基因組研究的開展，人們開始將尋找Hp致病特異基因(尤其是與致癌相關的基因)的目標投向其“可塑區”(plasticity region)。筆者現就與胃癌相關的Hp毒力基因在胃癌形成過程中的作用的研究進展綜述如下。
1 cagA(cytotoxin associated gene )基因與cag致病島
cagA是編碼高分子量免疫活性抗原的基因，5′端相對保守，3′端相對多變，是評價Hp毒力指標之一。根據cagA的有無通常將HP分成兩型：Ⅰ型菌含cagA基因，表達CagA蛋白，具有空泡毒素活性，與臨床疾病關係密切;Ⅱ型菌不含cagA基因，不表達CagA蛋白，無空泡毒素活性。1996年，國外學者在研究Ⅰ型(VacA +,CagA+)和Ⅱ型(VacA,CagA)Hp菌株的遺傳學差異與致病關係時發現，Ⅰ型Hp菌株含有一個大約40 kb的特殊DNA片段,具有細菌致病島的典型特征，因此將其稱為cag致病島(pathogenic island,PAI)。cagA是PAI的一個標誌性基因。Held等進行病例對照研究發現，cagA+Hp的患者患胃腺癌的危險是cagA-Hp的7.4倍(95% CI 3.3～16.6)[3]。有研究人員經過對179 例患者的平均14.2年的隨訪發現，cagA+的 Hp菌株感染者發展成胃癌是無Hp感染者的5.8倍。另有研究發現，cagA+的Hp菌株感染能明顯加重胃黏膜的損傷，使其失去正常的上皮細胞結構，感染有cagA基因的Hp菌株明顯增加胃癌的危險性。總之cagA和cag致病島陽性Hp菌株的毒性大，與十二指腸潰瘍和胃癌等疾病密切相關。
近年來，對cagA基因的研究轉向基因亞型即等位基因方麵，揭示了cagA基因多態性與宿主臨床結局的部分相關性。cagA基因
通過IV型分泌係統進入胃上皮細胞的CagA蛋白，被非受體型酪氨酸激酶家族的csrc激酶和Lyn激酶磷酸化，磷酸化的CagA蛋白與Scr同源區2(SRC homology 2 domain，SH2)結合後，激活後者的磷酸化酶活性，而引起瀑布式的級聯反應，強烈幹擾細胞的信息傳導通路所致。例如通過激活絲裂原激活的蛋白激酶，胞外調節蛋白激酶，從而導致細胞離散及浸潤性生長引起嚴重的胃黏膜損傷，使胃黏膜退化和增殖加劇，增加了未修複基因及基因突變的可能性，CagA促進了癌前病變的發生和發展[7]。Higashi研究發現磷酸化的CagA與含SH2酪氨酸磷酸酶SHP2形成複合物，並激活磷酸酶，破壞複合物會取消依賴的細胞反應。CagASHP2複合物相互作用可能在發病機製中起重要作用，導致胃癌的發生[8]。有研究則認為CagA與胃癌前疾病及胃癌的發生有著網絡樣的關係，通過對癌基因、抑癌基因及DNA損傷等作用影響胃黏膜細胞的增生與凋亡的平衡[9]。CagA+Hp感染使胃癌前疾病患者黏膜中的bax、bcl2、p16、p21表達均增高。CagA為影響四種蛋白表達的主要因子，CagA可能通過促進這些蛋白的表達，影響胃黏膜細胞的增生和凋亡，增加了DNA損傷複製錯誤及基因突變的可能性;DNA的損傷引起p53等的高表達，p53可能突變，抑製了bax、p16、p21的表達，使腫瘤細胞逃避了凋亡機製，引起了胃癌的發生。CagA也可通過下調bcl2的表達、促進bax的表達誘導胃黏膜上皮細胞凋亡。
2 vacA(vacuolating cytotoxin)基因
vacA基因存在於所有的菌株中，但僅在50%～60%的菌株表達。表達的前體蛋白質為136～140 kD，在VacA分泌過程中，VacA的信號肽協助前體蛋白穿過細菌內膜後留在內膜，VacA的C末端插入外膜協助前體蛋白通過後而留在外膜，分泌形成成熟的蛋白質分子量為87 kD或者95 kD。成熟的蛋白質可以被柔軟的環區(LOOP)分為37 kD亞單位與58 kD亞單位。VacA是一種AB型毒素，降解產生兩個分子量分別為37 kD和58 kD的亞單位，37 kD亞單位為VacA的A亞單位，表達生物的毒性，58 kD亞單位則為B亞單位，主要是與靶細胞結合之亞單位。
Atherton等發現Hp的vacA為一種嵌合體，任意信號序列s
VacA可能是通過作用於細胞膜上的Na+K+ATP酶，影響離子間轉運而引起細胞的空泡樣變性。同時VacA不僅影響細胞增殖，還影響胃黏膜細胞中生長因子的調節機製，促進細胞生長因子及受體的過度表達，引起胃黏膜的增生和癌變。Galmiche等發現：VacA直接損傷線粒體，導致細胞凋亡，並有可能在腫瘤發生早期階段起作用[12]。Yuan等研究表明，VacA能引起線粒體去極化，從而引起胃上皮細胞凋亡，影響或幹擾細胞骨架各成分，引起肌動蛋白重排，致使微管結構發生紊亂[13]。幽門螺杆菌vacA基因表達譜的檢測，揭示vacA+通過影響細胞骨架相關蛋白基因的表達以及直接誘導腫瘤相關啟動子基因的表達和抑製腫瘤抑製基因的表達來幹擾細胞骨架的結構，從而導致腫瘤產生。同時也改變炎症和應激反應基因的表達，提示vacA是幽門螺杆菌致胃癌的重要基因[14]。vacA能抑製正常胃黏膜細胞肌動蛋白彈性纖維的形成和打亂微管的結構，顯著減少粘著斑激酶( focal adhesion kinase，FAK)的磷酸化與表達。VacA破壞細胞骨架和幹擾細胞信號轉導通路。VacA引起細胞異常增殖可能與表皮生長因子( epidermal growth factor,EGF)有關，EGF等生長因子促進上皮移行和細胞增殖對黏膜的恢複和胃腺體的重建至關重要，EGF可以使EGF受體的表達上調和磷酸化水平提高，並通過第二信使分子IP3(inositol 1，4，5triphosphate)和ras信號通路激活cfos等原癌基因的轉錄。VacA可幹擾EGF信號傳遞過程，可抑製胃黏膜損傷的修複;VacA能抑製Hela細胞前溶酶素D的成熟和釋放，抑製EGF滅活，而EGF過度表達可以導致胃癌發生。最近發現VacA可刺激PI3K/Akt信號傳導通路，促進糖原合酶激酶3β的磷酸化(glycogen synthase kinase3beta，GSK3beta)，從而抑製GSK3的作用導致βcatenin積累，移位入細胞核從而影響基因的轉錄，從而提出Wnt信號途徑可能在VacA導致胃癌發生機製中發揮重要作用[15]。
3 iceA(induced by contact with epithelium)基因
1998年Peek等根據Hp與胃上皮細胞黏附可能誘導毒力相關基因表達這一假說，通過比較黏附和未黏附於人胃上皮細胞的Hp潰瘍株和胃炎株的mRNA轉錄，發現了一種新的Hp基因iceA。iceA基因分為iceA1和iceA2，是與Hp胃黏膜細胞接觸後誘導表達的基因[16]。iceA1與編碼CATG特異性限製性內切酶的基因nlaⅢ(Neisseria lactamica)有高度同源性，在Hp與胃黏膜上皮細胞接觸後iceA1表達上調。iceA1基因表達意味著上調Hp與上皮細胞的接觸，與潰瘍的發病密切相關，iceA等位基因型是獨立於cagA和vacA的一種毒力因子。Donahue等認為iceAl在大部分Hp菌株中並不是編碼一個功能蛋白，而是在轉錄水平調節其下遊基因hpyIM的表達，通過DNA甲基化水平的改變來調控相關毒力基因的表達，從而間接參與Hp的致病作用[17]。
有研究發現iceA1和iceA2在臨床分離株中的陽性表達率分別為68%和80%，大約40%菌株呈雙陽性表型。胃癌病例iceA1+株顯著高於胃炎病例(P<0.01)而且iceA1與vacAs1總是同時表達[18]。也有研究發現iceA1基因在胃腺癌中表達是胃炎的3.6倍，iceA1基因與vacAs1共同存在使發生胃腺癌的幾率增加5.6倍[19]。研究發現在胃癌高發區的優勢基因型組合為cagA+，vacAs1/m1b/m2，iceA1/iceA2[20]。國內關於iceA基因的研究也有一些報道[2122]，認為iceA1亞型菌株與重度炎症特別是腺體萎縮和腸上皮化生關係密切。
4 新近發現的毒力基因
生物芯片技術運用於Hp的研究，描繪出了不同Hp之間的基因多態性差異，提供了Hp與人類共同進化的證據。Hp誘導宿主細胞反應的基因表達譜，為Hp致病機製的研究提供了一個新的思路。與疾病相關基因及基因表達的檢出差異，結合基因突變的方法，相關基因編碼蛋白的功能被進一步闡明。一係列新的Hp致病基因也逐漸被發掘出來，其中以編碼外膜蛋白的oipA基因、編碼黏附素的sabA，babA基因。編碼限製性核酸內切酶的hrgA基因和另一Hp基因位點JHP0947比較有代表性，它們與十二指腸潰瘍和/或胃癌的相關性,顯示它們有可能成為新的分子流行病學標誌。
4.1 oipA(outer inflammatory protein )基因 oipA基因編碼前炎症外膜蛋白，相對分子質量為34 kD，oipA是一種較強的Hp致病基因，特別在Hp感染的炎症過程中起著重要的作用。oipA的基因狀態由信號肽編碼區CT雙核苷酸重複數目決定，基因的狀態決定其是否表達蛋白。Zambon等研究表明，oipA和cagA都與活動性胃炎、消化性潰瘍、胃癌有明顯的相關性[23]。對炎性因子抗體及Hp外膜蛋白家族成員的分析後，發現OipA與Hp感染後的臨床症狀、細菌的定植密度、嚴重的中性粒細胞浸潤及較高濃度的黏膜IL8水平密切相關。對信號傳導通路的研究發現，oipA和cagA對於完整的IL8啟動子的激活都是必要的，但是要通過不同的途徑，在IRF1的上遊產生分歧，cagA不涉及到STAT1IRF1ISRE途徑[24]。也許是基於此點，cagA和oipA對於IL8的分泌都有影響，但是oipA對於IL8具有更重要的作用。
4.2 babA(blood adhesion binding antigen)基因 babA編碼的蛋白質在胃上皮細胞表麵與Leb血型抗原結合，有2個基因型：babA1和babA2，二者的序列高度同源，區別隻是babA2在信號肽區存在10 bp的插入序列，形成轉錄的起始密碼子。缺失實驗證明，隻有babA2具有功能活性，BabA1不具有與Leb結合的功能。Hp對胃黏膜上皮的黏附作用在其相關炎症反應的起始中起關鍵作用。Hp黏附於胃黏膜上皮後，通過直接分泌毒素和間接誘導免疫反應而導致上皮損傷，這種黏附特性使Hp免於被胃蠕動、胃排空等力量排出體外，是Hp定居、生存及致病的必要條件。Hp黏附素較多，但目前已經證實的隻有4種，即Leb結合黏附素babA、alpA、alpB和hopZ。其中babA是迄今為止惟一明確受體的Hp黏附素，Hp的babA2(Leb黏附素)編碼的細菌黏附素，增強了菌體與胃上皮細胞之間的作用，增強了Hp的致病性。有研究顯示babA2+以及cagA+/vacAs1/babA2+菌株(“三陽菌株”)與DU(Duodenal ulcer)、胃腺癌和胃癌前病變的發生顯著相關[25]。Zambon進一步研究發現，babA2與oipA、cagA等基因之間具有很強的關聯性，oipA及cagA的開放狀態與babA2具有協同作用，這幾個基因的共表達引起的感染具有高度腸化生的危險性[26]。近年來的研究認為表達babA的Hp與嚴重的胃黏膜損傷，高密度的Hp定植和嚴重的臨床後果密切相關[2728]。
4.3 hrgA基因 Ando等進行Hp染色體DNA對Mbol酶消化作用的敏感性研究中發現並鑒定了一個新的菌株特異性基因——hrgA基因，即限製性內切酶置換基因[29]。hrgA基因與cj1602基因同源，全長594 bp，但功能未知。在西方國家，hrgA陽性率比亞洲高，在亞洲(主要是韓國和日本)hrgA陽性率在胃癌患者比在非胃癌患者中高。並且hrgA陽性菌株在與AGS人類胃癌上皮細胞共同培養時能夠誘導IL8的分泌。劉慶春等首次完成了國內胃癌患者hrgA基因的檢測，發現hrgA陽性率在cagA陽性菌株比cagA陰性菌株高，且胃癌患者比對照的消化性潰瘍患者hrgA陽性率高[30]。
4.4 Hp的可塑區基因 隨著比較基因組學和功能基因組研究的開展，人們正開始將尋找Hp致病特異基因(尤其是與致癌相關的基因)的目標投向其“可塑區”(plasticity region)。Hp的可塑區基因，約占基因組3～4 %。Hp的可塑區基因最早是在比較J99與26695兩株細菌基因序列時被發現，J99有45 kb、26695有68 kb的基因G+C含量低，且具有菌株特異性，即為可塑區基因。研究人員推測與胃癌發生有關的基因位於該區。J99的可塑區含38個ORFs，即JHP914951。其中JHP947被認為是目前新發現的Hp致病標誌，經流行病學調查發現其與cagPAI有顯著的相關性，且與臨床上的胃潰瘍，胃癌有關。
Occhialini等對43株Hp(17 株分離自胃癌，26 株分離自胃炎)進行檢測，發現JHP947在分離自胃癌比分離自胃炎標本的Hp有更高檢出率(64.7%～34.7%)[31]。隨後Santos對200株細菌(68 株自胃炎、53 株自潰瘍、79 株自胃癌)進行檢測，發現JHP947在分離自胃炎、潰瘍和胃癌的Hp中檢出率分別為44.1%、79.2%、86.1%，因而認為JHP947與潰瘍和胃癌的發生有關。而JHP940僅在幾株胃癌標本中檢出，因而認為JHP940隻與胃癌的發生有關[27]。佘菲菲等從胃黏膜活檢組織中分離培養Hp，PCR擴增分離菌株的JHP940、JHP947和JHP949基因，分析這3個基因與胃及十二指腸疾病的關係，得出JHP947與胃癌和消化性潰瘍的發生密切相關[28]。目前對JHP947、JHP940基因的了解僅限於流行病學調查，它們與胃及十二指腸疾病的關係和致病機理仍不明，對可塑區基因的研究在進一步進行中。
目前世界各地開展了大量關於Hp基因多態性與胃癌發生的研究，然而尚未有哪個毒力基因或其亞型作為明確的胃癌危險因素被證實，且不同的研究報道的結果並不完全一致，許多問題存在爭議，對這些致癌基因的作用機製及其與胃癌的關係有待進一步研究。胃癌的發生是一個多病因多階段的過程，Hp作為胃癌的I類致癌因子，其致癌機理是一個多因素、多階段、多基因變異參與的過程，除了考慮為地區人種遺傳基因的變異及環境因素的不同外，還應考慮不同地區幽門螺杆菌感染率及基因亞型分布的差異為可能因素。有關Hp毒力基因及其致惡變方麵研究進展很快，基礎研究方麵的突破特別是對可塑區的研究技術上的突破將大大推動臨床根除Hp及Hp相關性胃腺癌和胃MALT淋巴瘤的預防及治療。
作者：林妙端 佘菲菲《福州大學學報》
【參考文獻】
[1] RadoszKomoniewska H,Bek T,Jozwiak J,et al. Pathogenicity of Helicobacter pylori infection[J]. Clin Microbiol Infect, 2005,11(8):602610.
[2] Sergio A C,Hiroaki T,Gil R CC,et al. Role of bacterial and genetic factors in gastric cancer in
[3] Held M,Engstrand L,Hansson L E,et al. Is the association between Helicobacter pylori and gastric cancer confined to CagA positive strains[J]. Helicobacter, 2004,9(3):271277.
[4] Naito M,Yamazaki T,Tsutsumi R,et al. Influence of EPIYA repeat polymorphism on the phosphorylation dependent biological activity of Helicobacter pylori CagA[J]. Gastroenterology, 2006,130(4):11811190.
[5] Basso D,Zambon C F,Letley D P,et al. Clinical relevance of Helicobacter pylori cagA and vacA gene polymorphisms[J]. Gastroenterology, 2008,135(1):9199.
[6] Azuma T, Yamakawa A, Yamazaki S,et al. Distinct diversity of the cag pathogenicity island among Helicobacter pylori strains in
[7] Seo J H,Lim J W,Kim H,et al. Helicobacter pylori in a Korean isolate activates mitogenactivated protein kinases, AP1, and NFkappaB and induces chemokine expression in gastric epithelial AGS cells[J]. Lab Invest, 2004,84(1):4962.
[8] Lochhead P,ElOmar E M. Helicobacter pylori infection and gastric cancer[J]. Best Pract Res Clin Gastroenterol, 2007,21(2):281297.
[9] 蘇麗婷,鬱 麗,夏時海. 幽門螺杆菌在胃癌形成過程中的作用[J]. 武警醫學院學報，2007,3(16):1518.
[10] Atherton J C,Peek R M,Tham K J,et al. Clinical and pathological important of heterogeneity in vac A,the vacuolating cytotoxin gene of Helicobacter pylori[J]. Gastroenterology, 1997,112(1):9299.
[11] 喬 文,胡家露,吳開春,等. 幽門螺杆菌vacA基因型與胃癌及癌前病變的相關性[J].中華內科雜誌, 2000,39(11):729731.
[12] Galmiche A,Rassow J,Doye A,et al. The Nterminal 34 kDa fragment of Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin targets mitochondria and induces cytochromec release[J]. EMBO J, 2000,19(23):63616370.
[13] Yuan J P,Li T,Shi X D,et al. Deletion of Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin gene by introduction of directed mutagenesis[J]. World J Gastroenterology, 2003,9(10):22512257.
[14] Wang H T,Li Z H,Yuan J P,et al. Effect of Helicobacter pylori VacA on gene expression of gastric cancer cells[J]. World J Gastroenterol, 2005,11(1):109113.
[15] Nakayama M,Hisatsune J,Yamasaki E,et al. Helicobacter pylori VacAinduced inhibition of GSK3 through the PI3K/Akt signaling pathway[J]. J Biol Chem, 2009,284(3):16121619.
[16] Peek R M Jr,Thompson S A,Donahue J P,et al. Adherence to gastric epithelial cells induces expression of a Helicobacter pylori gene, iceA, that is associated with clinical outcome[J]. Proc Assoc Am Physicians, 1998,110(6):531544.
[17] Donahue J P,Peek R M,Van Doorn L J,et al. Analysis of iceA1 transcription in Helicobacter pylori[J]. Helicobacter, 2000,5(1):112.
[18] Kidd M,Peek R M,Lastovica A J,et al. Analysis of iceA genotypes in South African Helicobacter pylori strains and relationship to clinically significant disease[J]. Gut, 2001,49(5):629635.
[19] Koehler C I,Mues M B,Dienes H P,et al. Helicobacter pylori genotyping in gastric adenocarcinoma and MALT lymphoma by multip lex PCR analyses of paraffin wax embedded tissues[J]. J Clin Pathol: Mol Pathol, 2003,56(1):3642.
[20] 宮月華,袁 媛. 中國莊河胃癌高發區幽門螺杆菌毒力基因型菌株感染分布特征[J]. 中華醫學雜誌, 2006,86(6):419421.
[21] 莊 坤，張 軍,張玲霞,等. 西安地區幽門螺杆菌iceA1、iceA2和babA2基因型與致病性的研究[J]. 細胞與分子免疫學誌, 2007,23(6):520522.
[22] 張彩鳳,夏永華,韓 宇,等. 幽門螺杆菌iceA基因型與胃黏膜病變的相關性[J]. 世界華人消化雜誌，2008,16(20):23122315.
[23] Zambon C F ,Basso D,Navaglia F,et al. Helicobacter pylori virulence genes and host IL1RN and IL1β genes interplay in favouring the development of peptic ulcer and intestinal metaplasia[J]. Cytokine, 2002,18(5):242251.
[24] Yamaoka Y,Kudo T,Lu H,et al. Role of interferon stimulated responsive elementlike element in interleukin8 promoter in Helicobacter py lori infection[J]. Gastroenterology, 2004,126(4):10301043.
[25] Yu J,Leung W K,Go M Y,et al. Relationship between Helicobacter pylori babA2 status with gastric epithelial cell turn over and premalignant gastric lesions[J]. Gut, 2002,51(4):480484.
[26] Zambon C F,Navaglia F,Basso D,et al. Helicobacter pylori babA2,cagA,and s1 vacA genes work synergistically in causing intestinal metaplasia[J]. J Clin Pathol, 2003,56(4):287291.
[27] Yoshio Y. Roles of Helicobacter pylori BabA in gastroduodenal pathogenesis[J]. World J Gastroenterol, 2008,14(27):42654272.
[28] Azevedo M,Eriksson S,Mendes N,et al. Infection by Helicobacter pylori expressing the BabA adhesin is influenced by the secretor phenotype[J]. J Pathol, 2008,215(3):308316.
[29] Ando T,Wassenaar T M,Peekrm J R,et al.A Helicobacter pylori restrition endonucleasereplacing gene,hrgA is associated with gastric cancer in Asian strain[J]. Cancer Res, 2002,62(8): 23852389.
[30] 劉慶春,韓梅嬌,李鴻定,等. 胃癌與幽門螺杆菌cagA,hrgA基因相關性研究[J]. 現代生物學進展, 2007(2):261263.
[31] Occhialini A,Marais A,Alm R,et al. Distribution of open reading frames of plasticity region of strain J
[32] Santos A,Queiroz D M,Menard A,et al. New pathogenicity marker found in the plasticity region of the Helicobacter pylori genome[J]. J Clin Microbiol, 2003,(41):16511655.
[33] 孫各琴,佘菲菲,李 能,等. 幽門螺杆菌JHP947等基因的檢測及JHP947表達蛋白的鑒定[J]. 中國病原生物學雜誌, 2008,3(5):334337.
