幽门螺杆菌致病机制与抗体分型检测的研究

Study on the Pathogenic Mechanism of Helicobacter pylori and the Detection of Antibody Typing

摘要: 幽门螺杆菌是世界公认的I类致癌因子，也是全球最常见、最广泛的感染性病原体之一，其感染会引起慢性胃炎，并会增加患消化性溃疡、胃腺癌和胃黏膜相关淋巴组织淋巴瘤等疾病的风险，此外它还与多种胃肠外疾病密切相关。尽管在过去的几十年里，中国及全球的幽门螺旋杆菌感染率一直在持续下降，但近年来随着抗生素耐药性的上升，幽门螺杆菌根除治疗受到严峻挑战。本文就幽门螺杆菌致病机制及抗体分型检测的临床价值做一综述，从而为有针对性地选择幽门螺杆菌检测方法提供一定的临床参考依据。

Abstract: Helicobacter pylori is a globally recognized Group I carcinogen and one of the most common and widespread infectious pathogens worldwide. Its infection can lead to chronic gastritis and elevate the risk of developing digestive ulcers, gastric adenocarcinoma, and gastric mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma. Furthermore, it is closely linked to various extragastrointestinal diseases. Although the infection rate of Helicobacter pylori in China and globally has been continuously decreasing over the past few decades, the eradication treatment of Helicobacter pylori has been severely challenged in recent years due to the rise of antibiotic resistance. This article provides a review of the pathogenic mechanism of Helicobacter pylori and the clinical value of antibody typing detection, offering a clinical reference basis for targeted selection of Helicobacter pylori detection methods.

1. 背景

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, Hp)是20世纪末由澳大利亚学者Marshall和Warren首次发现的，它是一种多鞭毛、螺旋形弯曲的革兰阴性微需氧菌，主要定植于胃中，人是其主要宿主，也有一些证据表明，除了人类之外，一些动物(如牛、羊)也可能成为幽门螺杆菌的宿主[1] [2]。2018年第六届巴西幽门螺杆菌感染共识会议指出幽门螺杆菌感染是一种传染性疾病[2]。据调查，2015年至2022年，幽门螺杆菌的全球粗患病率从1990年之前的52.6%下降到成人的43.9% [3]；在中国大陆，幽门螺杆菌的合并患病率为44.2%，大约有5.89亿人感染了幽门螺杆菌，西北地区的患病率相对较高[4]，通常是在儿童时期感染的，若不进行干预，这种感染可能会持续一生。在过去的30年里，随着社会经济水平不断提高以及Hp预防和治疗的持续进行，中国及全球幽门螺杆菌感染的全球流行率在儿童和成年人中均有所下降，并且在日本进行的一项评估Hp感染潜在风险的建模工作结果表明幽门螺杆菌的患病率将持续下降，根据这一趋势的进一步预测2050年Hp患病率和胃癌发病率将进一步下降[2]，这对全人类来说无疑是个好消息。但随着抗生素耐药性的上升以及Hp在恶劣环境下(抗菌剂的使用、生活环境的pH值、氧含量的变化等)独特的自我保护机制(球状形态转化和生物膜的形成)，Hp感染的复发及再感染仍然给全球卫生事业带来极大负担[5]。因此，本文就Hp致病机制、Hp抗体分型检测及Hp分型的临床意义等方面做一综述，以对临床有效检测及根除Hp提供一定帮助。

2. Hp致病机制

幽门螺杆菌感染导致相关胃肠及胃肠外疾病的致病机制尚不完全清楚，目前认为可能是细菌自身形态结构、细菌毒力因子、宿主遗传和环境因素之间相互作用的结果[6] [7]。

2.1. 细菌自身形态结构

人体正常胃液pH为0.9~1.5，在如此强酸环境下，鲜少有细菌可以存活，而幽门螺杆菌进入胃腔后凭借其自身独特的形态结构成功在胃内定植并对机体建立持续感染。Hp定植主要通过“环境改造–动力调节–定植黏附”三个阶段来实现的[8]。脲酶在环境改造阶段发挥关键作用，其可以催化尿素水解，最终产生${\text{NH}}_4^{+}$ 和CO₂，二者诱导胃内pH升高，为细菌提供了一个pH接近中性的生存环境[9]。另有多项报道称，脲酶有多种复杂的生化机制促进胃癌的发生发展，如：可能会刺激血管生成来促进肿瘤生长和转移传播；激活胃细胞中的PI3K-AKT-mTOR通路；诱发缺氧诱导因子(HIF)；与II类主要组织相容性复合体(MHC)受体结合而促进细胞凋亡；增强促炎细胞因子的释放[9] [10]。鞭毛的数量对细菌的细胞移动速度起着至关重要的作用，鞭毛多的细菌比鞭毛少的细胞移动得快，Hp具有多个有鞘鞭毛，可以趋化细菌快速穿过胃腔的粘性粘液，是动力调节阶段的重要因素；鞭毛的运动是由质子动力提供的，而脲酶驱动的水解提供了质子动力[10] [11]。黏附阶段也是定植的重要环节，Hp可以使用不同的粘附素(即外膜蛋白OMP)附着在胃上皮细胞上，Hp基因组中存在30多个OMP基因，目前已知的包括血型抗原结合黏附素(BabA)、唾液酸结合粘连素(SabA)、中性粒细胞激活蛋白(NAP)、热休克蛋白60 (Hsp60)、粘附相关蛋白(AlpA/B)和幽门螺杆菌粘附素A (HpaA)等。OMPs与胃上皮细胞上的受体相互作用，防止细菌受蠕动和胃排空产生的力发生位移，可保证其长期定植在胃腔[8] [12]。

2.2. 毒力因子

目前研究最多的幽门螺杆菌毒力因素是空泡细胞毒素基因A (VacA)和位于Cag致病性岛(Cag PAI)的细胞毒素相关基因A (CagA)，主要涉及慢性炎症和组织损伤，增加消化性溃疡和胃癌的风险。

VacA 是首先被发现的毒力因子，它可以产生空泡毒素，通过嵌入宿主细胞膜并将阴离子释放到细胞质中，导致空泡形成和组织损伤[13]。所有幽门螺杆菌菌株都含有VacA基因，但菌株之间的毒素活性差异很大[13]。这些差异与VacA基因在信号区(s)、中间区(i)和中间区(m)的结构有关。这些区域包括s1、s2、i1、i2、m1和m2亚型i区在液泡形成活性中起着重要作用，并且与胃癌有很强的关联[14]。VacA s2毒素以较低的速率产生和分泌，并且不能形成VacA s1诱导细胞空泡化的膜通道，故VacA s2变异体被认为比s1致病性低[11]。s1m1菌株的细胞毒性最强，其次是s1m2。相反，s2m2株不具有细胞毒性，s2m1株临床较少见。正如预期的那样，s1和m1基因型与高水平炎症以及消化性溃疡和胃癌风险增加相关[13]。

幽门螺杆菌菌株类型繁多，并非所有的菌株均携带CagA,研究发现幽门螺杆菌是唯一已知携带Cag PAI的螺杆菌，并且大多分布在西非和南非以及东亚和中亚的幽门螺杆菌菌株中[11]。Cag PAI是一个40 kb的染色体区域，包括CagA (编码一种分泌效应蛋白)，17个Cag IV型分泌(T4SS)系统活性所需的基因，以及一些功能未知的基因[15]。Cag PAI编码的Cag T4SS将效应蛋白CagA递送到宿主靶细胞中，递送的CagA可以结合约25种已知的宿主细胞信号因子，通过这种方式，CagA可以劫持胃上皮细胞内的各种信号转导级联，以诱导炎症、增殖和遗传不稳定性，同时抑制细胞极性和凋亡。根据这种诱发癌症的潜力，CagA已被指定为细菌世界中的第一种癌蛋白[16]，但幽门螺杆菌与宿主细胞接触时触发CagA分泌的信号和调节机制尚不清楚。CagA具有一个结构化的N端区和一个内在无序的C端区[15]。CagA的C端区域包含可变数量的EPIYA基序，这些基序被分类为EPIYA A至D。在进入宿主细胞后，这些EPIYA片段被酪氨酸激酶磷酸化，使它们能够与宿主SHP2相互作用并激活。CagA被证明可以刺激递送细胞中的两种主要促有丝分裂信号通路，Ras-ERK MAP激酶和Wnt-β-连环蛋白通路，每种通路都可以有效刺激细胞增殖[13] [16]。CagA对SHP2信号的破坏使上皮细胞极性失调，导致细胞伸长，这是CagA在肿瘤发生中的潜在机制[13]。EPIYA基序/片段的数量，特别是EPIYA-C与萎缩和肠化生的风险相关[14]。另一个是CagA多聚基序(CM)位于EPIYA-C基序和EPIYA-D基序的下游，负责CagA的二聚化，稳定CagA-宿主SHP2相互作用。CM基序与胃肠道疾病的关系尚未得到很好的研究[14]。有趣的是，CagA与VacA相互抵消作用大于两者协同作用，CagA不仅可以降低VacA空泡形成，而且可以通过影响毒素的胞吞作用和胞内运输以及增加抗凋亡因子的表达来抵消VacA诱导的凋亡[16]。

2.3. 宿主免疫反应

先天免疫和适应性免疫是宿主免疫系统的重要组成部分，在根除幽门螺杆菌感染方面发挥积极作用。Hp在机体建立持续感染后，模式识别分子，如toll样受体(TLRs)，可以识别幽门螺杆菌的特定表面或膜成分，激活细胞内由MyD88-和Trif-介导的信号通路[17]。TLR2和TLR4是幽门螺杆菌脂多糖的特异性配体，TLR2负责激活其启动子，LPS特异性结合单核细胞表面的TLR4，诱导T辅助细胞Th1和Th17分化，以及IL-18，IL-1β作用的抑制剂。IL-8作为中性粒细胞的趋化剂，与胃炎严重程度相关，并刺激血管内皮生长因子的释放，促进血管生成，促进胃癌发生[17]。固有层的T淋巴细胞和非T细胞通过IL-1β、IL-21和IL-23调节的过程产生IL-17A。IL-17A刺激免疫和非免疫细胞产生多种炎症介质，如IL-1β、IL-6、TNF-α和MMPs，促进炎症发生。有证据表明抗幽门螺杆菌IgA和IgG的局部产生，特别是Th1效应物的特异性反应，导致幽门螺杆菌感染患者胃窦中干扰素(IFN)-γ、肿瘤坏死因子(TNF)-α和IL-12合成增加，这在消化性溃疡或胃淋巴瘤的发生中起作用[18]。已经证实，胃液中含有微小核糖核酸(miRNAs)，它作为先天免疫反应和幽门螺杆菌相关炎症的调节剂，可以降低基因表达，抑制蛋白质合成，因此，miRNAs的失调有可能是细胞异常增殖、肿瘤发生的重要标志之一[17]。尽管机体可以产生一定的免疫反应，但Hp可以修饰自身结构、调控抗原提呈细胞、抑制树突状细胞分化成熟等多种途径逃避宿主免疫的识别、监视及清除[19]。

3. Hp抗体分型检测及临床意义

Hp感染常用的检测方法分为非侵入性检测和侵入性检测。抗体分型检测属于非侵入性检测的一种，该检测方法运用抗原–抗体特异性结合的原理来检测标本中特异性抗Hp-IgG抗体，因为Hp感染后会使机体产生免疫应答并产生相应抗体，该抗体存在于血清、粪便、唾液中[20]。根据是否存在上文所述毒力因子CagA和VacA将Hp菌株其分为I型、II型和中间型，I型即VacA和CagA阳性，毒力强，致病性高；II型即VacA和CagA均阴性，仅UreB和(或) UreA阳性，毒力较弱，一般无临床症状；中间型为VacA或CagA阳性[21]。I型和中间型均可看作高毒力型，可增加胃癌发展的风险[22]。方莉萍等人对浙江金华地区2060例研究对象进行抗体分型研究结果显示幽门螺旋杆菌I型和II型总阳性率分别为32.86%和18.83% [23]。对安徽省安庆地区体检人群研究发现：在2725名研究对象中，Hp I、II型阳性率分别为35.52%和16.81% [24]。通过对比发现，上述两项研究结果均以I型菌株感染为主，这可能会对健康造成极大的威胁。因此，使用Hp抗体分型检测方法明确感染Hp菌株类型是十分有必要的，尽管目前对于是否仅需对I型菌株感染进行根除治疗存在争议，但可以肯定的是，I型比II型更需要抗菌治疗。

4. 总结与展望

综上所述，抗体分型检测是一种检测Hp感染灵敏度和特异度均高的无创方法，并且它不受质子泵抑制剂、铋剂和抗生素等的影响，可以明确感染Hp菌株类型以指导临床诊治。但其不能评估活动性Hp感染，因为机体在感染Hp的半年时间内抗体均可能呈现阳性。近年来，随着抗生素耐药性及Hp复发率的上升，Hp根除治疗受到严峻挑战，但分子生物学新技术、新型免疫学技术、无创影像学检查等方法的突破性进展，又为Hp感染的诊断与治疗提供了新的思路。

另外，预防Hp感染的疫苗也正在被深入研究中，尽管目前尚未投入临床试验，但其研发的成功将有助于降低Hp感染的发生率，从根本上减少与Hp相关的疾病风险。通过对Hp致病机制的深入了解，未来可能会出现更为有效的疫苗和治疗方案，为提高人群健康水平作出贡献。

NOTES

^*通讯作者。