徐晨靜, 吳 瑤, 蔣建霞, 張國新, 徐順福

(1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬逸夫醫(yī)院 消化內(nèi)科, 江蘇 南京, 211100;2. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 消化內(nèi)科, 江蘇 南京, 210000)

幽門螺桿菌(H.pylori)是人類最常見的胃上皮致病菌之一。據(jù)研究[1-2]報道，全球H.pylori總患病率為44.3%, 發(fā)展中國家為50.8%, 發(fā)達(dá)國家為34.7%, 全球年復(fù)發(fā)率為4.3%。H.pylori與消化性潰瘍、胃癌、胃黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤相關(guān)，感染后的臨床結(jié)局往往取決于宿主、細(xì)菌和環(huán)境因素的相互作用[3-4]。H.pylori為革蘭氏陰性菌，其外膜位于脂質(zhì)雙分子層外包圍著整個細(xì)菌，是細(xì)胞壁的獨特組成部分[5]。外膜蛋白(OMPs)在細(xì)菌定植、持續(xù)感染和嚴(yán)重的臨床結(jié)局中起重要作用[6]。H.pylori的OMPs主要包括脂蛋白、孔蛋白、鐵調(diào)節(jié)蛋白、泵蛋白等。OMPs的致病性可能是通過以下機制實現(xiàn)的: ① 黏附作用; ② 對防御屏障的滲透作用; ③ 免疫逃避機制。

約4%的H.pylori基因組編碼了大量的OMPs, 這些OMPs可被分為5個同源基因家族。最大的家族1包括外膜孔蛋白(Hop)和外膜孔蛋白相關(guān)蛋白。家族2和3分別包括外膜蛋白Hof和外膜蛋白Hom。家族4和5分別包括鐵調(diào)節(jié)蛋白和泵蛋白，還有一些均不屬于這些家族的OMPs[7]。現(xiàn)就6個重要的OMPs即血型抗原結(jié)合黏附素(BabA/HopS)、唾液酸結(jié)合黏附素(SabA/HopP)、前炎性蛋白A(OipA/HopH)、外膜孔蛋白Q(HopQ)、外膜孔蛋白Z(HopZ)、外膜蛋白Hom的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述，包括其同源基因及其基因位點，相應(yīng)的受體，與其他毒力因子的共表達(dá)情況及其與臨床疾病的關(guān)系，OMPs相關(guān)性疫苗的研發(fā)使用。

1 主要OMPs

1.1 BabA/HopS結(jié)合組織血型抗原發(fā)揮黏附作用

BabA是Hop蛋白家族成員之一，又稱HopS, 即血型抗原結(jié)合黏附素。Bab基因的3個等位基因babA、babB和babC可以在至少3個不同的基因組位點中找到[8-9]。系統(tǒng)發(fā)育分析表明,babA和babB的等位基因組相互獨立，存在地理變異。對這些基因組位點的同義和非同義替換的研究表明,babA更具有多態(tài)性，這意味著其起源比babB更早。同時,babA多態(tài)性區(qū)域可能有更多的功能限制，表現(xiàn)為美國和亞洲菌株babA有明顯的區(qū)別。

BabA已被證明具有黏附素的功能。Ilver D等[10]對H.pylori的BabA進(jìn)行純化后發(fā)現(xiàn)BabA選擇性地黏附于胃上皮細(xì)胞巖藻糖基的路易斯b(Leb)組織血型抗原上。菌株17875有2個babA等位基因[11]，分別是babA1(沉默)和babA2(表達(dá)),babA2-cam是babA2的衍生基因，是研究者通過將原來沉默的babA1基因重組到表達(dá)且部分同源babB基因位點而獲得的，具有與Leb結(jié)合的能力。有趣的是，嵌合的BabB/A黏附素與Leb結(jié)合的親和力與野生型BabA黏附素相似，但BabB/A表達(dá)水平較低，并且可通過滑鏈錯配機制發(fā)生相變異。這些結(jié)果均表明，黏附素的可轉(zhuǎn)移性和異質(zhì)性有助于增強細(xì)菌的適應(yīng)力，一些菌株根據(jù)宿主對感染的反應(yīng)，具有周期性激活和滅活自身毒力的潛力。BabA介導(dǎo)的黏附功能對酸性環(huán)境敏感, BabA表達(dá)的缺失不依賴于Leb的表達(dá)情況，也不依賴于BabA與Leb的結(jié)合能力[12]。同時, BabA表達(dá)的缺失并不是由適應(yīng)性免疫或toll樣受體信號導(dǎo)致，除了作為與Leb結(jié)合的黏附素外, BabA可能還有其他未被識別的功能[13]。最近的X射線結(jié)構(gòu)研究[14]揭示了BabA的3個Leb結(jié)合位點，包括2個多樣性環(huán)(DL1和DL2)和1個保守環(huán)(CL2)。這個結(jié)構(gòu)表明結(jié)合過程是由Leb巖藻糖基1、N-乙酰葡糖胺3、巖藻糖基4和半乳糖殘基之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)和BabA的8個氨基酸殘基介導(dǎo)的[15]。以往臨床根據(jù)H.pylori結(jié)合血型的不同，將其分為“特異菌株”和“非特異菌株”。特異菌株只與O血型Leb抗原結(jié)合，非特異性菌株可與A、B和O血型Leb抗原結(jié)合，因此認(rèn)為消化性潰瘍患者更可能是O型血而不是A或B型血，最新的BabA X射線結(jié)構(gòu)研究[14]推翻了這一觀點，即BabA與各種血型的Leb抗原結(jié)合力是相同的。

相比于H.pylori感染的無癥狀患者，表達(dá)BabA的菌株在消化性潰瘍或胃癌患者中更為常見。目前已證實BabA與臨床疾病的發(fā)生發(fā)展是呈正相關(guān)的[16]。Ⅳ型分泌系統(tǒng)是由cag致病島編碼的[17]，Ⅳ型分泌系統(tǒng)可將同樣由cag致病島編碼的細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白(CagA)毒力因子遞送至所吸附細(xì)胞，隨后, CagA誘導(dǎo)幾種促炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄。H.pylori可以利用BabA-Leb結(jié)合來觸發(fā)Ⅳ型分泌系統(tǒng)依賴的宿主細(xì)胞信號傳導(dǎo)，然后誘導(dǎo)增強炎癥、腸上皮化生和相關(guān)癌前轉(zhuǎn)化基因的轉(zhuǎn)錄[18]。

1.2 SabA/HopP結(jié)合Lewis抗原發(fā)揮黏附作用

SabA也稱為HopP或OMP17, 是H.pylori第2個被詳細(xì)研究并報道的黏附素。Sab有2個等位基因，分別為sabA和sabB(omp16,hopO)[7, 19]。SabA與sabB這2個等位基因和hopQ(omp27)具有高度的核苷酸同源性(80%～100%)。盡管所有的臨床菌株都至少有1個sabA基因拷貝，但體外實驗[20]表明, 由于sabA和sabB有相似的基因轉(zhuǎn)化率，在宿主作用下往往選擇性表達(dá)sabA基因。在5′端的二核苷酸重復(fù)區(qū)，通過滑鏈錯配機制的相變異，從而調(diào)節(jié)SabA和SabB的表達(dá)。雖然sabA的相變異可以在整體水平上控制基因表達(dá)，但是H.pylori也可以在單細(xì)胞水平上通過少量的二元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)節(jié)基因表達(dá)，該系統(tǒng)可以在轉(zhuǎn)錄水平上適應(yīng)環(huán)境變化。由于環(huán)境pH值的變化也是刺激因素，所以二元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)也被稱為酸應(yīng)答信號[21]。

Pang SS等[22]對SabA進(jìn)行X射線晶體學(xué)研究后發(fā)現(xiàn), SabA的可溶性胞外黏附素域與四磷酸腺苷重復(fù)折疊家族有很大的相似性，黏附素域的N-末端和C-末端螺旋從頭部區(qū)域以直角伸出，一起形成1個軸，連接到預(yù)測的OMPs樣管狀跨膜區(qū)域。同時利用表面等離子體共振，其能夠檢測到SabA黏附素域與胃上皮細(xì)胞的唾液酸-LewisX和LewisX的結(jié)合，但不能檢測到與LewisA、LewisB或LewisY的結(jié)合。SabA的黏附機制是通過調(diào)節(jié)宿主的唾液酸-LewisX的表達(dá)，在特定的糖基轉(zhuǎn)移酶β-1, 3-半乳糖轉(zhuǎn)移酶5的誘導(dǎo)下，參與Lewis抗原的生物合成，從而加強上皮黏附功能并成功定植在胃黏膜上皮細(xì)胞表面[23-24]。

與BabA等其他黏附素一樣，SabA表達(dá)頻繁的“開/關(guān)”狀態(tài)提示SabA表達(dá)可以快速響應(yīng)胃生態(tài)環(huán)境的變化，比如SabA的表達(dá)情況可以隨著炎癥加重等情況而迅速改變。SabA表達(dá)情況與胃分泌酸的能力呈負(fù)相關(guān)，提示其表達(dá)可能受胃酸分泌變化的調(diào)節(jié)。H.pylori菌株對唾液酸糖結(jié)合物的黏附能力可能是導(dǎo)致H.pylori感染慢性化的原因之一[25]。除此之外，流行病學(xué)研究[26]表明胃癌與SabA表達(dá)密切相關(guān)。然而, SabA狀態(tài)對亞洲H.pylori感染的臨床結(jié)果影響不大[27-28]。

1.3 OipA/HopH誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)

OipA是由oipA基因(hopH)編碼的，其在幽門螺桿菌基因上的位置距離cag致病島約100 kb。OipA通過V型分泌系統(tǒng)插入并定位于H.pylori的外膜。有趣的是,oipA的“開”狀態(tài)和cagA是緊密聯(lián)系在一起的，在cagA陽性菌株中,oipA通常是“開”狀態(tài)，表現(xiàn)為全長OipA蛋白的表達(dá)[29]。OipA的主要致病機制是使胃上皮細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-8(IL-8)增多，加重胃部炎癥。Al-Maleki AR等[30]還證明OipA在體外可以抑制胃細(xì)胞的凋亡。OipA在局灶性黏附激酶的激活中發(fā)揮重要作用，局灶性黏附激酶是一種胞質(zhì)非受體酪氨酸激酶，作為支架蛋白來募集含有SH2和SH3結(jié)構(gòu)域的分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞的形狀、遷移和活性[31-32]。OipA的“關(guān)”狀態(tài)使β-連環(huán)蛋白核易位且降低癌的發(fā)病率[33]。但是OipA的具體致病機制仍存在一定的爭議，Yamaoka Y等[34]發(fā)現(xiàn)OipA在體外并沒有改變胃上皮細(xì)胞IL-8的分泌量。但可以肯定的是，只有oipA“開”狀態(tài)與高H.pylori密度、嚴(yán)重中性粒細(xì)胞浸潤和黏膜IL-8水平增高顯著相關(guān)。目前, OipA的相關(guān)受體尚未清楚。

OipA是一種與許多臨床癥狀如消化性潰瘍、胃癌和胃黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤有關(guān)的毒力因子，無論是東方菌株還是西方菌株都沒有顯著差異[33, 35]。接種OipA疫苗的C57BL/6小鼠細(xì)菌定植數(shù)量顯著減少,H.pylori相關(guān)的炎癥也減輕，表明這種重要的免疫原性蛋白可能是保護宿主免受H.pylori感染的候選疫苗[36]。

1.4 HopQ的黏附作用介導(dǎo)Ⅳ型分泌系統(tǒng)轉(zhuǎn)運

HopQ基因編碼HopQ，屬于H.pyloriOMPs基因的Hop家族。HopQ基因有2種等位基因，即Ⅰ型和Ⅱ型。有研究[37]報道, 72.5%的菌株中存在hopQⅠ型, 15.4%的菌株中存在hopQⅡ型，而12.1%的菌株是Ⅰ型和Ⅱ型混合型或未通過PCR檢測到hopQ表達(dá)。亞洲菌株和西方菌株的比較研究[37-38]表明，亞洲國家的hopQⅡ型菌株極為罕見。

BabA介導(dǎo)的黏附作用增強Ⅳ型分泌系統(tǒng)的活性，而HopQ是CagA通過Ⅳ型分泌系統(tǒng)轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵。HopQ蛋白具有利用癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子家族(CEACAMs)作為宿主細(xì)胞受體的能力[39]。CEACAMs具有廣泛的組織特異性分布，如CEACAM1在白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞中表達(dá)，CEACAM3在粒細(xì)胞中表達(dá)，CEACAM5在上皮細(xì)胞中表達(dá)，CEACAM6在上皮細(xì)胞和粒細(xì)胞中表達(dá)[40]。HopQ與CEACAM的結(jié)合具有高度的親和力[41]，HopQⅠ和HopQⅡ都可以與CEACAM1的N-末端結(jié)構(gòu)域的β鏈相結(jié)合。在表達(dá)CEACAM5的人源化小鼠中，CEACAM受體在H.pylori感染中發(fā)揮作用，并可能在體內(nèi)產(chǎn)生長期影響[42]。在西方和亞洲菌株中,hopQⅠ型基因型與細(xì)胞空泡毒素(VacA)s1和m1基因型以及cagA陽性顯著相關(guān)。因此,hopQ可能成為一種提示胃十二指腸疾病的毒力因子[38]。

1.5 HopZ具有黏附作用

人們對Hop家族中的hopZ基因也進(jìn)行了廣泛的研究。同hopQ一樣,hopZ有2個等位基因,hopZⅠ型和hopZⅡ型。2個等位基因之間最顯著的差異是hopZⅠ型存在1個hopZⅡ型沒有的基因片段編碼的20個氨基酸區(qū)域，其中hopZⅡ型的氨基酸序列保守性要高于hopZⅠ型[43]。

迄今為止, HopZ的宿主受體尚不明確，盡管如此，有研究[44]推測HopZ可能在黏附中起著重要的作用。通過對15個不同菌株的hopZ基因進(jìn)行序列分析發(fā)現(xiàn)，位于信號肽編碼區(qū)的1個CT二核苷酸重復(fù)序列模體可能通過滑動錯配機制調(diào)控hopZ的表達(dá)[45]。Kennemann L等[46]對1位感染H.pylori的志愿者胃部提取的菌株研究后未發(fā)現(xiàn)重組的證據(jù)，只發(fā)現(xiàn)了很少的差異，這些差異是由于相變異導(dǎo)致hopZ基因開關(guān)造成的，表明在H.pylori早期定植過程中，具有黏附作用的HopZ在體內(nèi)有很強的選擇性。此外,hopZ在同一胃內(nèi)的相位可以非常穩(wěn)定，這證明hopZ基因在沒有多個菌株混合感染的情況下是穩(wěn)定表達(dá)的。目前沒有足夠的證據(jù)可以證明HopZ與其他致病因子如CagA或VacA有關(guān)系[47]。一項研究[46]對63例慢性萎縮性胃炎患者的臨床分離株進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),hopZ表達(dá)與否與慢性萎縮性胃炎無顯著相關(guān)性,hopZ與臨床疾病的關(guān)系尚不明確。

1.6 Hom與其他毒力因子共表達(dá)影響疾病的發(fā)生發(fā)展

Hom家族包括4個基因，即homA、homB、homC和homD。HomA和homB在核苷酸水平上有90%的相似性，具有2個保守位點[7]。另一方面,homC、homD與homA、homB有一定的差異性，表現(xiàn)為保守位點的不同。HomA、homB和homC的表達(dá)情況因菌株的地理來源而異，而homD高度保守。Oleastro M等[48]在核苷酸和氨基酸水平上對homA和homB進(jìn)行了詳細(xì)的序列分析，發(fā)現(xiàn)了6個不同的、保存良好的AⅠ到AⅥ等位基因，其中homA基因有3個等位基因變異(AⅡ、AⅢ和AⅣ), 而homB基因有5個不同的等位基因變異(AⅠ、AⅡ、AⅢ、AⅤ和AⅥ)。AⅠ、AⅤ、AⅥ只在homB中出現(xiàn)，而AⅣ只在homA中出現(xiàn)。HomA和homB基因在世界范圍內(nèi)的菌株中分布不均，東亞和西方的菌株存在明顯差異[48]。Kim A等[9]發(fā)現(xiàn)，不同地理起源的homC變異與bab存在一定的關(guān)系，其鑒定了3種homC多態(tài)形式homCS、homCM和homCL, 并發(fā)現(xiàn)homCL與bab相關(guān)性最高，而且這種相關(guān)性與所檢測的人群無關(guān)。目前關(guān)于Hom相關(guān)受體尚不明確。

HomB的作用主要是增加H.pylori對宿主細(xì)胞的黏附，促進(jìn)促炎細(xì)胞因子IL-8的分泌。有研究[49]發(fā)現(xiàn)homB與兒童和年輕人消化性潰瘍的發(fā)展有顯著相關(guān)性，而homA與非潰瘍性胃炎相關(guān)[50]。此外,homB可以作為區(qū)分胃癌與十二指腸潰瘍的毒力因子[51]。然而，另一些研究者并沒有發(fā)現(xiàn)homB與胃癌進(jìn)展之間的聯(lián)系，這表明Hom對疾病的影響可能與其他毒力因子的存在有關(guān)[52]。

2 OMPs作為治療靶點

細(xì)菌的耐藥機制主要包括3個方面: 產(chǎn)生相應(yīng)的水解酶和修飾酶以破壞藥物活性; 改變藥物靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)，使藥物無法被識別; 阻斷藥物與靶部位的接觸，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞膜通透性和抗生素排出系統(tǒng)的作用。隨著越來越多的H.pylori耐藥菌株的出現(xiàn)，人們正致力于尋找除抗生素以外的其他治療H.pylori的方法，目前,H.pylori疫苗的研究與開發(fā)是一個熱點方向。以往研究[53]表明,H.pylori尿素酶具有免疫原性，一項三期隨機雙盲對照試驗[54]將尿素酶B亞基與熱不穩(wěn)定腸毒素B亞基混合作為口服疫苗，應(yīng)用于6～15歲接種兒童具有良好的H.pylori感染保護作用，盡管后來疫苗保護效力略有減弱，但總體保護效應(yīng)持續(xù)約3年之久。

OMPs與革蘭氏陰性菌調(diào)節(jié)細(xì)胞膜通透性和抗生素排出系統(tǒng)從而實現(xiàn)耐藥性密切相關(guān)。對于無癥狀的H.pylori感染患者，分析從其胃內(nèi)分離出的菌株來確定OMPs的表達(dá)是至關(guān)重要的。這將實現(xiàn)個體化治療，降低耐藥率。對大腸桿菌、鉤端螺旋體和銅綠假單胞菌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究[55]已經(jīng)證明, OMPs與細(xì)菌的耐藥性有關(guān)，也有許多研究使用蛋白質(zhì)組學(xué)來篩選合適的OMPs作為疫苗的候選因子。BabA可以被認(rèn)為是一種候選疫苗, Mirzaei N等[56]證實了重組BabA可以刺激H.pylori感染的體液和細(xì)胞免疫。OipA在H.pylori黏附后定植的第1步中也起著至關(guān)重要的作用，可以作為疫苗開發(fā)的候選抗原[36]。其他的OMPs如HopB、HopC和HopZ等正在進(jìn)一步研究中。

3 小 結(jié)

OMPs在H.pylori的定植過程中起著重要的作用。H.pylori黏附于充滿黏液的胃上皮細(xì)胞是一個復(fù)雜的過程，其中涉及多個黏附素和不同受體，這些受體根據(jù)炎癥狀態(tài)和聚糖表達(dá)情況產(chǎn)生一定的變化。OMPs不僅介導(dǎo)細(xì)菌黏附于胃上皮細(xì)胞，還配合其他毒力因子如CagA和VacA增加炎癥因子的釋放。因此，OMPs在一定程度上決定了H.pylori菌株的毒力。了解OMPs與受體相互作用及其致病機制，對預(yù)防和治療H.pylori感染至關(guān)重要。此外，臨床應(yīng)進(jìn)一步挖掘OMPs抗原作為疫苗的潛力，期望在這方面的進(jìn)一步研究有助于對抗H.pylori的耐藥性，并改善H.pylori感染的臨床結(jié)局。