楊 彪，李 明，譚詩云

武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科，湖北 武漢 430060

幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，H.pylori)是胃部并發(fā)癥的高風(fēng)險因素，感染率高，致病性高，但其致病的先決條件是在胃內(nèi)定植。人類胃腔環(huán)境十分惡劣，H.pylori在胃內(nèi)存活需要克服胃內(nèi)極酸環(huán)境及胃液沖刷，還需抵抗宿主的免疫反應(yīng)及抗生素等作用。本文將從保護性與粘附性方面概述H.pylori定植的機制。

1 保護性因子

1.1 尿素酶尿素酶是H.pylori最重要的保護性因子，其催化產(chǎn)物CO2與NH3能有效中和胃酸。

此外，尿素酶還具有免疫調(diào)節(jié)功能，可以誘導(dǎo)炎癥因子、趨化炎性細(xì)胞、阻礙調(diào)理作用、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；并具有抗氧化應(yīng)激的作用，與H.pylori合成的過氧化物酶和超氧化物歧化酶類似[1]，這也提示尿素酶不僅在強酸環(huán)境中發(fā)揮作用，還是H.pylori在炎癥部位存活的重要因素。

1.2 運動性H.pylori的運動能力是生存基本保障之一，與其外形及鞭毛息息相關(guān)。

1.2.1 螺旋狀外形：H.pylori的形態(tài)是與宿主共同進(jìn)化的結(jié)果，肽聚糖修飾酶及非酶蛋白參與的細(xì)胞壁合成模式是H.pylori保持螺旋形的基礎(chǔ)[2]。

H.pylori的螺旋形態(tài)作為“開瓶器”，有利于其在黏液層運動，直桿形H.pylori在胃黏蛋白培養(yǎng)基上的游泳速度比螺旋形要低7%～21%[3]，在小鼠胃部的急性期定植能力也明顯較弱[4]。

1.2.2 鞭毛：H.pylori的鞭毛是主要動力來源，鞭毛的數(shù)量及結(jié)構(gòu)與細(xì)菌運動能力明顯相關(guān)。在胃黏蛋白培養(yǎng)基上，4根鞭毛的H.pylori比3跟鞭毛的H.pylori運動速度快19%[3]。此外，部分鞭毛蛋白還具有抗原性，可以作為診斷指標(biāo)及疫苗靶點[5]。

鞭毛結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)小體、鉤狀體、絲狀體及鞘膜，目前對H.pylori鞭毛鞘膜的構(gòu)成認(rèn)知不多，但其可以保護細(xì)菌不被Toll樣受體TLR5識別，從而逃逸宿主的天然免疫[6]。

1.3 趨化性H.pylori趨利避害的能力需要動力性與信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的配合，阻礙趨化信號傳導(dǎo)將導(dǎo)致H.pylori感染早期嚴(yán)重的定植缺陷[7]。

1.3.1 經(jīng)典趨化通路：H.pylori通過膜受體TlpA、TlpB、TlpC及胞質(zhì)受體TlpD接收信號，通過耦聯(lián)蛋白激活磷酸激酶CheA，磷酸化調(diào)節(jié)因子并作用于鞭毛的開關(guān)蛋白，使菌體翻滾并改變方向，這是H.pylori及大多數(shù)鞭毛細(xì)菌的主要趨化機制[8]。

1.3.2 鐵攝取調(diào)節(jié)因子(Ferric uptake regulator，F(xiàn)ur)影響趨化：Fur作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子主要調(diào)控H.pylori的Fe攝取，同時也調(diào)節(jié)諸多鞭毛蛋白與趨化蛋白的表達(dá)。Fur突變體在小鼠胃內(nèi)會喪失趨于胃竇的特征，隨后被宿主迅速清除[9]，同時伴有鞭毛開關(guān)蛋白激活明顯減少及AI-2(自誘導(dǎo)因子，用于監(jiān)測附近種群密度的信號分子)水平下降[8]，但Fur調(diào)節(jié)H.pylori趨化的具體通路仍待研究。

Fe也被證實是一種趨化信號[10]，胞質(zhì)內(nèi)受體TlpD可以接收Fe3+信號，并介導(dǎo)H.pylori的趨避反應(yīng)，遺憾的是Fe作為H.pylori必需元素，并未觀察到H.pylori趨近于任何濃度的Fe3+。

1.3.3H.pylori對受損部位的趨化作用：在醋酸潰瘍模型小鼠胃內(nèi)，野生型H.pylori在1 h內(nèi)便趨近于受損部位，在胃上皮光損傷模型內(nèi)更只需5 min，這一現(xiàn)象的趨化受體被確定為TlpB[11]，而趨化信號有可能是上皮細(xì)胞受損時pH、尿素濃度的波動。

1.3.4H.pylori對炎癥部位的趨化作用：炎癥產(chǎn)物也可以誘導(dǎo)H.pylori的趨化反應(yīng)[12]。H.pylori通過TlpD接收ROS信號，產(chǎn)生趨避反應(yīng)，并利用這種趨避反應(yīng)擴散至其他胃腺體。

但Perkins等將H.pylori暴露于外源性ROS時并未檢測到TlpD活性的變化，卻發(fā)現(xiàn)次氯酸(HOCl)可引起TlpD活性變化，并通過點源趨化實驗證實H.pylori會趨近于HOCl[13]。

關(guān)于ROS是否作為趨化信號雖有爭議，但TlpD作為炎癥產(chǎn)物的趨化受體是得到認(rèn)可的。

1.4 侵襲性H.pylori一般不侵入其他細(xì)胞，但也有報道H.pylori可以侵入胃上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞等，通過逃避細(xì)胞自噬在胞內(nèi)長期存活[14]。

1.4.1H.pylori侵入性因子：H.pylori的入胞機制并不明確，大體上H.pylori侵入數(shù)量與宿主細(xì)胞種類相關(guān)，并與H.pylori粘附數(shù)呈正比，之前的研究認(rèn)為[15]β1整合素是H.pylori侵入所識別的受體之一，細(xì)胞骨架蛋白、水解酶NudA也參與H.pylori入胞，近年來發(fā)現(xiàn)γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(GGT)對H.pylori侵入也十分重要[16]。

1.4.2H.pylori調(diào)節(jié)自噬的毒力因子：H.pylori調(diào)節(jié)自噬的研究十分豐富[14]，H.pylori侵入激活自噬后，VacA可以干擾自噬體成熟，使H.pylori在胞內(nèi)生存繁殖，而CagA是否有助于H.pylori在胃上皮細(xì)胞中存活卻存有爭議。

2 粘附性因子

2.1 外膜蛋白(outer membrane proteins，OMPs)細(xì)菌OMPs具有營養(yǎng)通道及傳遞信號等功能，在定植、致病及耐藥等方面發(fā)揮作用，主要通過與受體結(jié)合實現(xiàn)粘附，H.pylori外膜蛋白(Helicobacter pylori outer membrane protein，Hop)家族也是H.pylori疫苗潛在靶點。

2.1.1 血型抗原粘附素(blood group antigen-binding adhesion，BabA，HopS)：BabA可以與口腔和胃內(nèi)許多受體結(jié)合，包括Lewis b血型抗原(Leb)、ABO血型抗原、分泌型黏蛋白MUC5AC、膜結(jié)合型黏蛋白MUC1和MUC2；Leb抗原在胃上皮細(xì)胞表面占優(yōu)勢，是BabA的主要受體[17]。

(1)BabA與趨化性的聯(lián)系：BabA與Leb抗原的結(jié)合受pH影響，pH5是其最佳環(huán)境，低pH下親和力明顯下降，并且這種改變是完全可逆的[18]，BabA很可能通過改變粘附性參與了H.pylori對胃酸的趨避作用。

(2)BabA作為藥物靶點：蘋果果膠與果膠樣鼠李糖醛酸可以識別結(jié)合BabA，從而阻斷BabA結(jié)合Leb，作為抗生素載體有可能實現(xiàn)靶向治療，提高抗生素的療效[19]。氧化還原活性藥物如N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)則可以破壞BabA與Leb間的二硫鍵[20]。

2.1.2 唾液酸粘附素(sialic acid-binding adhesion，SabA，HopP)：唾液酸鞘糖脂是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分，SabA可結(jié)合神經(jīng)節(jié)苷脂、唾液酸-Lewis X(sialyl-Lewis X，SLeX)、唾液酸-Lewis a及層粘連蛋白等多種唾液酸受體[21]。

(1)SabA與趨化性的聯(lián)系：SabA與SLeX可逆結(jié)合有助于H.pylori在慢性萎縮性胃炎(chronic atrophic gastritis，CAG)患者的胃體內(nèi)擴散[22]。CAG患者的胃體壁細(xì)胞大量萎縮，胃酸分泌減少，刺激胃祖細(xì)胞增殖與主細(xì)胞的化生，這一過程被稱為解痙多肽表達(dá)化生(spasmolytic polypeptide expressing metaplasia，SPEM)。

H.pylori可能利用胃體SPEM腺體的泌酸障礙定位SPEM腺體，再借助SabA深入腺體內(nèi)部與SLeX結(jié)合，同時菌體本身及CagA等也可以誘導(dǎo)炎癥化生，促進(jìn)SPEM的擴展，最終隨著SPEM從胃竇擴散到胃體，構(gòu)建一個癌前環(huán)境。

(2)SabA作為藥物靶點：SabA介導(dǎo)的粘附性也受到鼠李糖醛酸的抑制[23]，乙?；氖罄钐侨┧嵬ㄟ^抑制主要的粘附分子BabA、SabA與配體結(jié)合，具有較高的抗H.pylori粘附活性。

2.1.3 外炎癥蛋白A(outer inflammatory protein A，OipA，HopH)：OipA因其誘導(dǎo)炎癥的能力而得名，其基因型可分為“功能型”與“非功能型”，具有誘導(dǎo)IL-8表達(dá)，介導(dǎo)H.pylori粘附的能力。

(1)OipA誘導(dǎo)IL-8表達(dá)：功能型OipA誘導(dǎo)IL-8的能力強于非功能型，突變后IL-8表達(dá)明顯降低；而非功能型OipA菌株主要依靠Cag-PAI等因子誘導(dǎo)IL-8[24]。也有研究表明，OipA只有在Cag-PAI表達(dá)時才可以誘導(dǎo)IL-8；無Cag-PAI表達(dá)的菌株，無論OipA突變體、功能型OipA或非功能型OipA，在誘導(dǎo)IL-8方面均無差異[25]。而Zhao等則提到，由于亞洲H.pylori菌株普遍有兩個OipA基因位點，只有兩個位點均突變才能觀察到IL-8誘導(dǎo)能力明顯下降[26]。

(2)OipA介導(dǎo)H.pylori粘附：大多數(shù)研究表明，OipA與H.pylori的粘附性密切相關(guān)[27]，Horridge等進(jìn)一步指出，H.pylori成功粘附于AGS細(xì)胞后，OipA的轉(zhuǎn)錄水平也大大提高[25]，而對于亞洲H.pylori菌株，同樣需要兩個OipA位點均突變才會導(dǎo)致H.pylori粘附性下降[26]。也有研究未觀察到H.pylori的粘附性與OipA的表達(dá)之間的關(guān)系，但不能排除是其他粘附因子掩蓋了OipA的作用[24]。

值得一提的是，目前仍未發(fā)現(xiàn)OipA所識別的受體，針對OipA結(jié)合的藥物研究也無法進(jìn)展。

2.1.4H.pylori外膜蛋白Q(HopQ)：近年來，HopQ被發(fā)現(xiàn)可以與人癌胚抗原相關(guān)的細(xì)胞粘附分子家族(carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecules，CEACAMs)相結(jié)合，且無法識別鼠、狗、牛的CEACAMs，應(yīng)是H.pylori與人共同進(jìn)化的產(chǎn)物[28]。

HopQ受體的發(fā)現(xiàn)確定了其介導(dǎo)粘附的作用，而部分HopQ可能借助與可溶的分泌型受體CEACAM1、CEACAM6結(jié)合來避免過度的胃上皮粘附[29]。

(1)HopQ-CEACAMs的功能：除了介導(dǎo)H.pylori粘附外，HopQ-CEACAM5可以介導(dǎo)CagA易位[28]；HopQ-CEACAM1可以激活下游信號通路[29]，抑制T細(xì)胞、NK細(xì)胞的功能及誘導(dǎo)IL-8表達(dá)；HopQ-CEACAM3、HopQ-CEACAM6還有助于H.pylori在中性粒細(xì)胞的吞噬體中存活[30]。

(2)HopQ作為藥物靶點：HopQ與CEACAMs的結(jié)合依賴于二硫鍵，破壞二硫鍵可能是針對機制[31]。

2.2 其他粘附因子

2.2.1 脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)：LPS是H.pylori細(xì)胞壁的主要成分，由O抗原、核心寡糖、類脂A組成，在誘導(dǎo)炎癥、免疫逃逸、耐藥方面發(fā)揮重要作用。

(1)LPS介導(dǎo)H.pylori粘附：LPS除了保護菌體，O抗原可以識別結(jié)合半乳糖凝集素-3(Galectin-3，Gl3)，Gl3作為重要的細(xì)胞粘附因子廣泛分布于細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞膜及細(xì)胞外，LPS結(jié)合Gl3有助于H.pylori粘附于胃上皮細(xì)胞或黏液層[32]。LPS的核心寡糖還可以結(jié)合黏液層的三葉因子家族(Trefoil factor family，TFF)蛋白，TFF通過交織黏蛋白維持黏液層穩(wěn)定，常與MUC5AC共表達(dá)[33]。

(2)H.pylori的黏液層粘附因子：H.pylori粘附因子中BabA-MUC5AC、HopQ-CEACAM1、HopQ-CEACAM6、LPS-Gl3及LPS-TFF1均有助于H.pylori粘附于胃黏液層，避免過度的胃上皮粘附，在胃黏膜潰瘍后也可以繼續(xù)定植于受損部位。

2.2.2 其他外膜蛋白：H.pylori粘附相關(guān)脂蛋白A(adherence associated lipoproteins A，AlpA，HopC)及AlpB(HopB)可以結(jié)合胃基底膜層粘連蛋白；H.pylori外膜蛋白Z(HopZ)以及另一大外膜蛋白家族(Helicobacter pylori outer membrane,Hom)成員HomB也有助于H.pylori粘附，但尚不清楚其受體[34]。

3 H.pylori生物膜

細(xì)菌生物膜是指細(xì)菌菌落及其胞外產(chǎn)物粘附于物體表面所形成的膜樣結(jié)構(gòu)，可以大大增強其抵抗環(huán)境壓力的能力，是一種群體觀念。

3.1H.pylori生物膜的構(gòu)成H.pylori的生物膜由生物膜基質(zhì)包裹菌體并粘連而成。電鏡下生物膜中H.pylori菌體主要呈螺旋形與球形，球形H.pylori的意義仍不明確，可能是迫于環(huán)境壓力的休眠模式又或是死亡或退化的菌體。生物膜基質(zhì)的構(gòu)成更為復(fù)雜，包括了LPS、蛋白甘露聚糖等多糖，外膜囊泡及其內(nèi)的胞外DNA和AlpB、HomB等外膜蛋白[35]；蛋白質(zhì)是其主要的成分；而AI-2作為群體感應(yīng)分子是否發(fā)揮作用仍不清楚。

Fur、ArsR等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，鞭毛基因JHP-1117、Cag-PAI、TlpB、α-(1，3)-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶等眾多因子均有助于生物膜的形成，涉及了運動性、趨化性、致病性、信號傳導(dǎo)與調(diào)節(jié)等多個方面[35]。

3.2H.pylori生物膜的功能H.pylori生物膜無疑有助于H.pylori定植，并大大增強了H.pylori的耐藥性。這可能是由于H.pylori負(fù)電荷生物膜的物理屏障和吸附作用降低了抗生素的有效濃度；并且生物膜中H.pylori代謝繁殖緩慢，對抗生素不敏感；環(huán)境壓力可能促進(jìn)H.pylori的基因突變，更容易產(chǎn)生耐藥性；高密度的菌群也會促進(jìn)耐藥基因的轉(zhuǎn)移；生物膜中H.pylori高表達(dá)的多藥外排泵將抗生素排出菌體也是重要因素。

此外，生物膜還有助于H.pylori免疫逃避；但生物膜能否增強H.pylori的致病性目前并不明確[36]。

3.3H.pylori生物膜的治療作為新興領(lǐng)域，目前對H.pylori生物膜的了解尚淺，但針對H.pylori生物膜的治療已有眉目。

其一，直接破壞H.pylori生物膜結(jié)構(gòu)。月桂硫酸鈉、鼠李糖脂作為表面活性劑可以破壞多種細(xì)菌的生物膜，對H.pylori生物膜同樣有效。NAC通過破壞二硫鍵降低H.pylori粘附性，同時也破壞了生物膜所需蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)[37]。

其二，干擾H.pylori生物膜形成。電解超氧化液可以下調(diào)生物膜所需基因如AI-2基因luxS、鞭毛蛋白基因flaA、尿素酶基因及外膜蛋白基因omp18等表達(dá)，減少H.pylori生物膜的形成[38]。

其三，納米給藥系統(tǒng)。納米粒負(fù)載抗菌藥物具有一定靶向性，并能控制藥物釋放，療效高，不良反應(yīng)少；但納米粒穩(wěn)定性不夠高，尤其是在胃酸中。將蛋白質(zhì)作為納米粒載體可以有效提高其穩(wěn)定性，耐胃酸的酸性乳糖酶與納米銀離子結(jié)合可以有效殺傷生物膜內(nèi)H.pylori[39]。以白蛋白-殼聚糖(陽離子多糖且有抗菌活性)形成電暈包裹納米抗菌肽進(jìn)一步提高了對帶負(fù)電荷的H.pylori生物膜的穿透性[40]。以殼聚糖為核心、以表面活性劑鼠李糖脂為外層的納米粒子負(fù)載抗生素對H.pylori及其生物膜的治療也十分有效[41]。

此外，抗菌肽DJK-5及IDR-1018(可廣泛抑制多種細(xì)菌的生物膜)對H.pylori生物膜同樣有效，有趣的是DJK-5及IDR-1018對游離的H.pylori并無抗菌作用[42]；還有一些草本植物如菖蒲、三葉草、海棠等提取物也可以抑制H.pylori生物膜[43]；但作用機制還有待闡明。

4 總結(jié)

本文將H.pylori的定植因子分為保護性因子、粘附性因子及群體性因子——生物膜，介紹了相關(guān)機制及治療前景，包括一些爭議話題如ROS是否作為H.pylori趨化信號、OipA如何誘導(dǎo)IL-8的表達(dá)，以及一些認(rèn)識尚淺的領(lǐng)域如H.pylori鞭毛鞘膜的構(gòu)成、Fur介導(dǎo)趨化的機制、H.pylori侵入胞內(nèi)的機制、OipA的受體，還有目前熱門的研究如H.pylori調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬、HopQ-CEACAMs的功能、H.pylori生物膜。H.pylori定植是其致病的前提，明確定植機制對治療意義重大，一些定植因子包括外膜蛋白也是有潛力的疫苗靶點。