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維生素D 抑制幽門螺桿菌感染作用機(jī)制的研究進(jìn)展

2021-01-10 06:08王穎朱莉
山東醫(yī)藥 2021年11期
關(guān)鍵詞:溶酶體細(xì)胞膜屏障

王穎,朱莉

1 貴州醫(yī)科大學(xué),貴陽550004;2 貴陽市兒童醫(yī)院

幽門螺桿菌(Hp)是一種與人類共同進(jìn)化了5萬余年的細(xì)菌,與慢性胃炎、消化道潰瘍、胃腺癌及胃相關(guān)淋巴組織淋巴瘤相關(guān),世界衛(wèi)生組織(WHO)和國際抗癌組織(IARC)早在20世紀(jì)末就將Hp列為Ⅰ類致癌因子[1]。Hp 感染機(jī)體后分泌的毒素和酶類能損傷胃、十二指腸的黏膜細(xì)胞,從而造成局部炎癥反應(yīng),其菌體成分可通過免疫應(yīng)答的形式造成機(jī)體免疫損傷?;钚跃S生素D(VD)生成過程中的限速酶是1-α 羥化酶,廣泛存在于免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)細(xì)胞中,催化生成的活性VD3以自分泌或者旁分泌方式作用于特定細(xì)胞,通過結(jié)合VDR/RXR 異二聚體,與位于靶基因上游啟動子區(qū)或調(diào)控區(qū)域的維生素D 反應(yīng)原件(VDREs)結(jié)合,進(jìn)而對靶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)進(jìn)行調(diào)控,發(fā)揮骨骼外作用[2-3]。一項國內(nèi)多中心研究顯示,Hp陽性患者VD水平較低,VD≥10 ng/mL 是成功根除 Hp 的獨立影響因素[4]。研究顯示,Hp陽性患者VD水平低于陰性患者,成功根除Hp 患者的VD 水平高于根除失敗者,VD 缺乏患者成功根除Hp 的概率更低[5-6]。本研究對VD 上將VD應(yīng)用于Hp感染的治療提供理論依據(jù)。

1 增強(qiáng)胃腸道黏膜的屏障作用

胃腸道黏膜屏障在病原菌感染過程中具有重要作用,而VD/VDR 信號通路可以調(diào)節(jié)腸道黏液層、底層上皮和微生物群組成,進(jìn)而影響胃腸道屏障功能。

1.1 增強(qiáng)化學(xué)屏障作用 Hp的尿素酶可導(dǎo)致胃內(nèi)pH 下降,黏蛋白黏度降低,使得細(xì)菌得以存活并在黏液層中流動,有利于Hp 附著于宿主細(xì)胞。Hp 的細(xì)胞毒性相關(guān)蛋白A(CagA)經(jīng)磷酸化后與酪氨酸磷酸酶2(SHP-2)相互作用,可調(diào)節(jié)細(xì)菌遷移、擴(kuò)散和黏附,并打開細(xì)胞之間緊密連接;有利于空泡毒素A(VacA)穿越上皮細(xì)胞屏障,進(jìn)入胃黏膜下層,引起細(xì)胞骨架重排和細(xì)胞增殖能力改變,導(dǎo)致胃黏膜上皮細(xì)胞發(fā)生空泡樣變,并促使其凋亡[7]。早期研究顯示,胃是VD 的靶器官之一,VD 在胃表面上皮細(xì)胞的增殖和分化中發(fā)揮重要作用,同時VD 可影響頸黏液細(xì)胞分泌酸性黏液的功能,并能通過抗菌肽(AMP)作用促進(jìn)黏蛋白表達(dá)[8]。

1.2 增強(qiáng)機(jī)械屏障作用 Hp感染可導(dǎo)致上皮細(xì)胞凋亡、緊密連接破環(huán),因此黏膜的機(jī)械屏障作用受損。Hp 感染可通過改變線粒體途徑中的凋亡相關(guān)蛋白(Bax、Bcl-2、Bcl-xL)表達(dá),促進(jìn)胃上皮細(xì)胞凋亡[9]。一項體外實驗在基因水平驗證了兒童Hp 感染后胃組織中緊密連接蛋白表達(dá)減少[10]。研究發(fā)現(xiàn),在制備的Th1介導(dǎo)結(jié)腸黏膜炎小鼠模型中,結(jié)腸上皮細(xì)胞VDR 可通過下調(diào)p53 正向靶控凋亡調(diào)控因子(PUMA),阻斷NF-κB 激活;此外還可直接與Iκ激酶β(IKKβ)相互作用而降低NF-κB 活化,抑制腸上皮細(xì)胞凋亡,增加上皮黏膜屏障作用[11]。此外,Hp 感染時VD 可調(diào)節(jié)緊密連接蛋白表達(dá),誘導(dǎo)閉合小環(huán)蛋白1(ZO-1)、咬合蛋白(Occludin)和閉合蛋白(Claudins)生成,從而增加上皮細(xì)胞之間的緊密性[12]。

1.3 增強(qiáng)生物屏障作用 Hp感染時胃內(nèi)微生物的多樣性和豐度會發(fā)生變化,基因芯片技術(shù)顯示Hp陽性患者胃黏膜中變形菌門和酸桿菌門相對豐度更高,而放線菌門和厚壁菌門相對豐度更低,細(xì)菌的系型也會減少[13]。德國的一項隊列研究發(fā)現(xiàn),VDR 位點遺傳變異性可顯著影響腸道微生物群組成,補(bǔ)充VD3可以有效增加有益菌數(shù)量[14]。一項針對口服VD對腸道不同部位微生物群影響的研究發(fā)現(xiàn),口服高劑量VD 8周后,參與試驗的志愿者上消化道中條件致病菌相對豐度降低,而Hp感染者經(jīng)上述處理后上消化道內(nèi)Hp水平顯著下降[15]。研究顯示,小鼠感染腸道細(xì)菌時VDR 密度增加并向隱窩區(qū)重新分布,與由管腔到上皮細(xì)胞的梯度相匹配,確保了能夠殺死設(shè)法進(jìn)入密集內(nèi)層的微生物,同時保留住外層的微生物群[16]。

2 調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)

2.1 調(diào)節(jié)固有免疫反應(yīng) 單核—巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞是參與機(jī)體抗Hp 的重要組成部分,Hp 感染過程后,能通過一系列機(jī)制導(dǎo)致固有免疫細(xì)胞凋亡和功能改變,VD能影響相應(yīng)固有免疫細(xì)胞,減輕Hp引起的固有免疫反應(yīng)。

2.1.1 影響單核—巨噬細(xì)胞 Hp 的VacA 蛋白會引起單核細(xì)胞凋亡,單核細(xì)胞分化受VD靶基因TNF超家族成員11 控制,單核細(xì)胞膜上的Toll 樣受體1、2共同與病原菌結(jié)合后,誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)VDR和CYP2B1轉(zhuǎn)錄。VDR 與活性VD 結(jié)合后誘導(dǎo)抗菌肽的產(chǎn)生和細(xì)胞自噬過程,并增加識別細(xì)胞內(nèi)病原菌的NOD2表達(dá),還可以將1,25(OH)2D3從單核細(xì)胞內(nèi)釋放,并與免疫細(xì)胞上的VDR 結(jié)合,進(jìn)一步影響固有和適應(yīng)性免疫應(yīng)答[17]。Hp 分泌的蛋白 HP1286 可通過 TNF和MAKP/ERK 信號通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡。此外,Hp還可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表達(dá)精氨酸酶Ⅱ(Arg2),限制M1巨噬細(xì)胞活化,促進(jìn)巨噬細(xì)胞凋亡[18],而VD可促進(jìn)巨噬細(xì)胞的分化、成熟并增強(qiáng)其功能[14]。

2.1.2 影響自然殺傷細(xì)胞(NKs) Hp 的脂多糖可以減少NK 細(xì)胞增殖及細(xì)胞毒性,且Hp 感染者NK細(xì)胞亞群發(fā)生變化,表面高表達(dá)CD56,其免疫調(diào)節(jié)作用強(qiáng)但細(xì)胞毒性較弱[18]。1,25(OH)2D3對NK 細(xì)胞的作用存在爭議,其在糖尿病患者中可促進(jìn)NK細(xì)胞發(fā)育,血液透析患者中則發(fā)現(xiàn)其能促進(jìn)NK 細(xì)胞成熟、分化并增強(qiáng)其細(xì)胞毒性。另有報道顯示,1,25(OH)2D3可抑制NK 細(xì)胞活化、減輕其細(xì)胞毒性及IL-8分泌[19]。

2.1.3 影響樹突狀細(xì)胞(DCs) Hp 感染后可激活DCs,誘導(dǎo)初始T細(xì)胞向Th1、Th17分化以清除病原。VagA 還可誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng),促進(jìn)DCs 凋亡。在VD 影響免疫功能的級聯(lián)反應(yīng)中,DCs 是發(fā)揮主要作用的細(xì)胞。VDR、RXR 可以與 IL-12p40 的 NF-κB 位點結(jié)合,使得DCs 表達(dá)的MHC-Ⅱ類分子、共刺激因子減少,減少DCs 分泌炎性T 細(xì)胞活化所需要的IL-12,并刺激抗炎因子 IL-10 產(chǎn)生[20]。同時,DCs 通過影響效應(yīng)T 細(xì)胞活化過程中的細(xì)胞因子、協(xié)同刺激信號和抗原遞呈過程,有效降低了效應(yīng)T 細(xì)胞的反應(yīng)。此外,1,25(OH)2D3能通過糖酵解和氧化磷酸化的代謝途徑影響轉(zhuǎn)錄過程,從而影響DCs 表型和反應(yīng),間接影響效應(yīng)T 細(xì)胞極化,使得免疫反應(yīng)由Th1、Th17型轉(zhuǎn)向Th2型[20]。

2.1.4 影響AMP AMP 是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分,由多種免疫細(xì)胞分泌,是生物體內(nèi)組成性或者誘導(dǎo)性表達(dá)的內(nèi)源肽,可通過其廣譜抗菌活性和免疫調(diào)節(jié)功能快速保護(hù)宿主免受感染。AMP 在固有和適應(yīng)性免疫反應(yīng)中有多種作用,對固有免疫反應(yīng)的作用較為復(fù)雜[21]。AMP 最具特征性的作用是能和革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞膜外膜上的脂多糖結(jié)合,通過NF-κB 途徑產(chǎn)生抗菌作用,除了控制參與宿主免疫反應(yīng)的細(xì)胞功能外,還可通過增加募集感染部位的白細(xì)胞來激活免疫系統(tǒng)。研究顯示,LL-37 是惟一存在于人體Cathelicidin 家族中的因子,在Hp感染的胃黏膜組織中表達(dá)上調(diào),提示LL-37 參與了機(jī)體的抗 Hp 感染機(jī)制[22]。AMP 可通過改變胃黏膜的pH而破環(huán)細(xì)菌細(xì)胞膜完整性,導(dǎo)致Hp形態(tài)改變、細(xì)胞膜破裂。此外,AMP 還能逆轉(zhuǎn)黏液素基因表達(dá),通過促進(jìn)黏蛋白mRNA 表達(dá),誘導(dǎo)黏液生成,增強(qiáng)胃黏膜的屏障功能,并能對一系列細(xì)胞因子或炎性介質(zhì)進(jìn)行調(diào)控[8]。體外實驗證明,VD通過AMP基因啟動子近端的反應(yīng)原件作用而提高細(xì)胞內(nèi)AMP水平,并能通過作用于位于β 防御素編碼基因VDRE 相鄰的 NF-κB 通過共刺激增加 β 防御素生成[21]。研究發(fā)現(xiàn),VD缺乏和高脂肪飲食可促進(jìn)小鼠Paneth 細(xì)胞分泌防御素、減少基質(zhì)金屬蛋白酶7(MMP-7)釋放,導(dǎo)致病原菌負(fù)荷和黏膜屏障通透性增加,從而引發(fā)炎癥反應(yīng)[23]。

2.2 調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng) VD調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫的作用取決于其對T/B 淋巴細(xì)胞增殖、分化和凋亡的直接作用[19],VD 可使免疫反應(yīng)由 Th1/Th17 向 Th2和Treg 偏移。VD/VDR 信號通路可通過磷脂酶C(PLC)影響T 淋巴細(xì)胞上TCR 的反應(yīng)性,并降低促炎因子 IL-2、INF-γ 和 TNF-α 表達(dá),從而抑制 Th1 細(xì)胞增殖和分化。1,25(OH)2D3能抑制Th17效應(yīng)細(xì)胞的發(fā)育,并抑制IL-17 產(chǎn)生,還可以通過對DCs 的調(diào)節(jié)和對靶基因的直接作用,使免疫反應(yīng)轉(zhuǎn)向Treg。VD 可直接調(diào)節(jié)B 細(xì)胞中VDR 表達(dá),抑制漿細(xì)胞和記憶細(xì)胞轉(zhuǎn)化,也可以間接通過對T 細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用,阻礙B細(xì)胞增殖和免疫球蛋白生成[24]。

固有淋巴樣細(xì)胞(ILC)表面沒有特異性抗原受體,但在功能上與適應(yīng)性免疫細(xì)胞極為相似,依據(jù)分泌細(xì)胞因子的種類、作用的轉(zhuǎn)錄因子和組織分布可分為ILC1、2、3。胃內(nèi)占主導(dǎo)地位的是ILC2,對于維持胃內(nèi)穩(wěn)態(tài)有重要作用[25]。在Hp感染早期,胃組織中的 IL-7 和 IL-33 表達(dá)增加,激活 ILC2 分泌 IL-5,從而促進(jìn)漿細(xì)胞分化和產(chǎn)生IgA,介導(dǎo)消除Hp。在Hp感染后期,來自Th2 型CD4+T 淋巴細(xì)胞的IL-5 也促進(jìn)了IgA 的產(chǎn)生[26]。研究顯示,1,25(OH)2D3誘導(dǎo)上皮細(xì)胞表達(dá)胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(TSLP),可刺激ILC2產(chǎn)生,從而影響上皮細(xì)胞增殖和修復(fù)[24]。

3 影響機(jī)體自噬過程

自噬是真核生物進(jìn)化過程中的高度保守過程,是機(jī)體抵抗外來刺激的保護(hù)性機(jī)制。Hp 短期感染可增強(qiáng)細(xì)胞自噬,從而保護(hù)機(jī)體免受毒素?fù)p害,而長期慢性感染可導(dǎo)致細(xì)胞自噬活性減弱,抑制宿主自噬過程是其逃避死亡的策略之一。研究發(fā)現(xiàn),VacA會損害溶酶體鈣通道黏脂蛋白1(MCOLN1)和陽離子通道TRPML1 的活性,導(dǎo)致功能失調(diào)的溶酶體和自噬體形成,使Hp逃脫根除治療[27]。最近一項研究發(fā)現(xiàn),VD3可激活 PDIA3 受體,恢復(fù)因感染 Hp 而被阻礙的溶酶體降解功能,從而促進(jìn)PDIA3-STAT3 蛋白復(fù)合物的核轉(zhuǎn)位和隨后MCOLN3 通道激活,導(dǎo)致溶酶體Ca2+釋放增加和溶酶體酸化的正?;?,溶酶體降解功能恢復(fù)可促使Hp 通過自噬溶酶體途徑被清除[6]。

4 破壞Hp細(xì)胞膜

Hp不具有合成甾醇的酶,因此外源性膽固醇對其生長至關(guān)重要。Hp 能夠以不依賴cagPAI 的機(jī)制吸收游離膽固醇(FC)至細(xì)胞膜,由HP0421 基因編碼的膽固醇—葡萄糖轉(zhuǎn)移酶對攝入膽固醇進(jìn)行糖基化,協(xié)同和/或改變VacA 和谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(GGT)活性,從而調(diào)節(jié)人類CD4+T 淋巴細(xì)胞反應(yīng),使得Hp 能夠逃避吞噬作用,同時也會導(dǎo)致Hp對抗生素的抵抗性增加[28]。有研究將VD3在高溫高濕環(huán)境下降解,發(fā)現(xiàn)其代謝產(chǎn)物VDP1 可通過影響Hp 細(xì)胞膜脂成分中的二豆蔻酸磷脂酰乙醇胺(DMPE),導(dǎo)致Hp細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)崩潰、細(xì)胞裂解;這種殺菌作用起效快于阿莫西林和卡那霉素,且不依賴于細(xì)菌增殖,同時不會影響大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、肺炎鏈球菌、奇異單胞菌等細(xì)菌,故其具有針對Hp 的特異性[29]。有研究化學(xué)合成上述降解產(chǎn)物的類似物VD2-1 和VD3-1,并證實其對Hp 具有極強(qiáng)的選擇性殺菌作用,且不影響普通細(xì)菌的生存能力,后續(xù)研究證明其烷基基團(tuán)是誘導(dǎo)DMPE 囊泡選擇性坍塌過程的關(guān)鍵部位[30]。

綜上所述,VD可以通過增強(qiáng)胃腸道黏膜的屏障作用、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)、影響機(jī)體自噬過程及破壞Hp 細(xì)胞膜等機(jī)制促進(jìn)機(jī)體清除Hp,但VD 對于Hp感染和根除治療的影響、VD或其代謝產(chǎn)物能否用于抗Hp治療仍需進(jìn)一步驗證。

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