岩藻多糖抗幽门螺杆菌作用的研究进展

Research Progress on the Anti-Helicobacter pylori Effect of Fucoidan

摘要: 幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, Hp)被世界卫生组织(WHO)认定为I类致癌因子，全球Hp感染率高达40%。目前根除Hp的治疗方案是基于抑酸剂和抗生素的组合。但由于广泛和/或滥用抗生素，部分Hp菌株产生了抗生素耐药性，导致治疗失败。Hp通过其多种致病因子在胃粘膜中生存和定植，致病靶点多样化。近年来，开发可替代、有效且无害的根除或清除Hp物质成为研究热点。岩藻多糖因其具有抗黏附、抗氧化、抗毒性、免疫调节、抗凝血和抗感染等多种生物活性，显示出潜在的抗Hp作用。现有研究表明，岩藻多糖抗Hp的机制主要包括：阻止粘附定植于胃粘膜、直接或间接减轻胃粘膜炎症、减轻氧化应激及改善肠道微生态等。本综述将总结当前关于岩藻多糖抗Hp作用机制的研究进展，并探讨其在Hp根除治疗中的应用前景。

Abstract: Helicobacter pylori (Hp) has been classified as a Group I carcinogen by the World Health Organization (WHO), with a global infection rate reaching 40%. Currently, the standard treatment for eradicating Hp is based on a combination of acid suppressants and antibiotics. However, due to the widespread and/or improper use of antibiotics, some Hp strains have developed antibiotic resistance, often leading to treatment failure. Hp possesses a variety of pathogenic factors that allow it to survive and colonize the gastric mucosa, resulting in diverse pathogenic targets. In recent years, the development of alternative, effective, and harmless substances for the eradication or clearance of Hp has become a research hotspot. Fucoidan, with its multiple biological activities including anti-adhesion, antioxidant, antitoxic, immunomodulatory, anticoagulant, and anti-infection properties, has shown potential anti-Hp effects. Current research indicates that the mechanisms by which fucoidan exerts its anti-Hp effects include preventing adhesion and colonization on the gastric mucosa, directly or indirectly reducing gastric mucosal inflammation, alleviating oxidative stress, and improving gut microbiota. This review will summarize the current research progress on the mechanisms by which fucoidan exerts its anti-Helicobacter pylori effects and explore its potential application in Hp eradication therapy.

1. 幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, Hp)概述

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, Hp)是一种革兰阴性杆菌，由澳大利亚科学家Barry Marshall和Robin Warren于1982年首次成功从胃黏膜中分离并培养出来[1]。1994年，世界卫生组织(WHO)将其定义为I类致癌因子[2]。在《Hp京东共识(2015)》[3]及《马斯特里赫特VI/佛罗伦萨共识(2022)》[4]中均认为Hp感染为一种感染性疾病。Hp是慢性胃炎最常见的病因，与消化性溃疡、胃癌和胃粘膜相关淋巴组织(MALT)淋巴瘤等疾病的发生密切相关[5]。

1.1. 定植

定植是Hp致病的关键步骤，它依赖于该细菌在胃黏膜深层的适应和定居能力。Hp具有多种机制来适应胃的生态环境，包括运动性、尿素酶产生和粘附能力等。① Hp通过螺旋状的形状和鞭毛，使其能够在胃酸和粘液中向上皮细胞移动[6]。② 其中脲酶保护细菌免受胃酸的侵害，有利于黏附定植[7]。③ 随后通过锚定在Hp外膜上的表面分子(粘附素)与宿主细胞受体结合，在上皮细胞脱落、粘液层更新以及胃排空力作用下实现高度定植[8]。如BabA与表达在胃上皮细胞上的Lewis b血型抗原结合[9]，SabA与宿主唾液酸-Lewis x抗原结合[10]，AlpA/AlpB与细胞外基质糖蛋白层粘蛋白laminin结合[11]。各个粘附素对细菌–细胞粘附和致病性仍在研究中。

1.2. 致病机制

Cag致病岛(CagPAI)编码Cag IV型分泌系统(type IV secretion system, T4SS)和CagA蛋白。T4SS是一种可跨越细菌细胞膜的蛋白质复合体，在细菌黏附宿主细胞后，直接将包括CagA蛋白在内的不同效应分子输送到宿主细胞内[12]。这些分子与细胞内靶点相互作用，影响细胞内信号传导通路和细胞功能[13]。例如，CagA蛋白在宿主上皮内细胞被磷酸化，激活MAPK信号通路，导致细胞炎症和凋亡，激活PI3K/Akt信号通路，刺激细胞增殖等[14] [15]。许多受影响的途径最终汇聚于NF-κB的激活，导致IL-8等趋化因子和细胞因子的表达及释放增加[16]。此外，Hp菌株分泌空泡毒素A (VacA)，可以诱导细胞凋亡或坏死，诱导自噬，抑制T细胞和B细胞的增殖，同时VacA也可以激活NF-κB通路[17]，诱导下游促炎因子IL-8、IL-6、IL-12、IL-1β、TNF-α等的分泌[18]。Hp在胃粘膜的定植诱导胃上皮细胞的促炎反应，从招募不同的免疫细胞到粘膜下，导致慢性活动性胃炎[19]。这种持续数十年的胃黏膜炎症被认为是导致胃萎缩并最终引发胃癌的重要驱动力，Correa级联模型描述了一个多阶段、多因素的过程，从浅表性胃炎开始，发展到萎缩性胃炎、肠上皮化生和异型增生，最后演变为胃腺癌[20]。

1.3. 治疗

根除或清除Hp可减少或消除Hp长期慢性炎症带来的影响，主要获益包括减轻患者胃黏膜炎症、溃疡病治愈、预防溃疡复发、降低胃癌发生风险等[5]。目前主要的治疗方案是基于抑酸剂和抗生素的组合。抗生素耐药性是治疗失败的最重要因素[21]，其中甲硝唑、克拉霉素、左氧氟沙星的总体耐药率总体较高[22]。在来自欧洲Hp管理注册中心(Hp-EuReg)的2852名未接受治疗的患者中，甲硝唑、克拉霉素和左氧氟沙星的耐药率分别为30%、25%和20% [23] [24]。中国的一项多中心研究数据，2010年到2016年期间，Hp对甲硝唑、克拉霉素、左氧氟沙星的初次耐药率分别为78.2%、22.1%、19.2% [25]。此外，长期应用抗生素及质子泵抑制剂导致的胃肠功能紊乱及肠道菌群失调等不良反应，降低了患者的依从性。

2. 岩藻多糖与Hp

岩藻多糖(Fucoidan)最早由Kylin于1913年从掌状海带中提取的，它是一类含有L-岩藻糖和硫酸基团的水溶性杂多糖[26]。岩藻多糖具有多种生物活性，如抗氧化、抗病毒、抗凝血、抗肿瘤、神经保护、调节肠道菌群和增强机体免疫机能等[26]-[29]。本文探讨了岩藻多糖对Hp感染致病靶点的影响，包括尿素酶、粘附素、空泡毒素A (VacA)和IL-8等。岩藻多糖的主要作用靶点是胃黏膜的细胞受体。1998年，Hideyuki Shibata等人发现了岩藻糖胶可阻断Leb和硫脂介导的Hp与胃细胞的附着，抑制Hp与人胃细胞系MKN28和Kato III的结合。通过Western印迹分析发现Hp细胞表面存在岩藻糖胶结合蛋白。因此推测，岩藻糖胶通过阻止细菌附着在胃上皮细胞上来发挥清除Hp的作用，而不是由于其具备抑菌或杀菌活性[30]。

2.1. 抑制Hp与胃粘蛋白的粘附

Hideyuki Shibata等人的研究表明，通过在离体实验中使用粘蛋白包被的微孔板，检测枝虹吸虫等多糖对Hp与猪胃粘液黏附的抑制作用。研究发现，来自褐藻的岩藻多糖在pH 2.0和pH 4.0下均抑制Hp在猪胃粘膜上的附着，而非硫酸化(葡聚糖和甘露聚糖)和羧化多糖不具备抑制Hp与粘蛋白粘附的能力。因此，硫酸多糖在酸性条件下可能具有抑制Hp附着在胃粘液上的潜力，进而在体内预防Hp的感染。在动物实验中，通过给接种Hp的蒙古沙土鼠饮用含有岩藻多糖的水，研究进一步评估了岩藻多糖的作用。接种Hp 6周后处死沙鼠，进行胃部病变的大体和显微检查以及胃黏膜中Hp的活菌计数。结果表明，Hp对照组沙土鼠均出现严重胃炎，腺体水肿、出血，显微镜下可见糜烂，有大量中性粒细胞和淋巴细胞浸润。而饮用含有0.05%岩藻多糖水的沙土鼠，出现胃粘膜水肿的数量减少至40%，且只有一半的沙鼠出现粘膜出血点。当将岩藻多糖浓度提高到0.5%时，Hp的定植率降至20%。在添加0.05%和0.5%岩藻糖胶的两组沙土鼠中，共有30%的沙土鼠未感染Hp [31]。在体外抗菌活性试验中，Jingmei Cai等人将Hp (1 × 10⁸ CFU/mL)与连续稀释的Femy-R7 (岩藻多糖和月见草提取物组成)孵育3天，结果表明，Femy-R7在100 μg/mL时完全抑制细菌生长，确认为最小抑菌浓度。此外，经过6 h的孵育，Femy-R7以浓度依赖的方式抑制尿素酶的活性，其抑制浓度的中位数为1500 μg/mL。在体内实验中，雄性C57BL/6小鼠接种Hp (5 × 10⁹ CFU/只，3次)，同时口服Femy-R7 10、30和100 mg/kg，每日2次，连续7天。结果显示，Femy-R7在30~100 mg/kg时具有较高的清除能力，在所有剂量(10、30和100 mg/kg)下均可达到50%以上的有效率。且与对照组泮托拉唑明显的抑酸作用不同，Femy-R7对胃的pH、游离HCl和总酸度没有显著影响[32]。Eng-Guan Chua通过特定方法将Hp接种到AGS细胞中，并在培养基中加入浓度为100 μg/mL岩藻多糖，发现岩藻多糖以更强的亲和力与Hp或AGS细胞结合，从而将细菌从宿主细胞表面清除[33]。而在另一项研究中，调查了岩藻多糖和硫酸多糖(包括肝素和葡聚糖)对肠肝幽门螺杆菌与小鼠巨噬细胞J774A.1结合的影响，结果显示，仅岩藻多糖显著减少了细菌与宿主细胞的结合[34]。岩藻多糖抑制Hp与胃粘蛋白的粘附的作用靶点值得进一步研究与探讨。在2023年，孙静等人通过RT-qPCR实验发现，葡萄籽提取物与岩藻多糖组合物在1/2 MIC浓度下，能够显著抑制多种与Hp致病性相关的基因表达。该组合物显著降低了flaB和flgK基因的表达，这些基因分别与幽门螺杆菌的鞭毛形成和运动密切相关。flaB被认为是幽门螺杆菌正常运动所必需的基因，而对flgK (鞭毛钩蛋白)的研究表明，它不仅参与鞭毛钩蛋白的结构组装，还在鞭毛的抗原性形成中发挥重要作用。该组合物同时也能显著降低alpA和alpB基因的表达，alpA和alpB基因主要通过与宿主的黏连蛋白层结合，介导幽门螺杆菌与胃黏膜组织的黏附。当alpA和alpB基因缺失时，幽门螺杆菌在动物体内的定植量显著减少。此外，该组合物还有效降低ureI基因和VacA的表达[35]。

2.2. 抑制氧化应激

Hp在胃粘膜的定植诱导胃上皮细胞的促炎反应，导致慢性活动性胃炎，发生Hp感染相关性胃炎后，激发机体过度的氧化反应，使得活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)过度表达、过度积累。Hp在进化过程中生成了一系列逃逸氧化应激的机制，使机体的氧化应激反应反而更有助于Hp感染，同时氧化应激破坏了机体自身系统的平衡并造成炎症等多种应激损伤，产生恶性循环，从而促进炎症环境，且氧化应激生成的过氧化物、一氧化氮(NO)等产物的过表达使胃黏膜损伤加剧[36]-[38]。Chen等人在RAW264.7细胞中加入内毒素诱导NO生成，加入内毒素组的NO生成量为100%。然后，在RAW264.7细胞中，加入不同浓度岩藻多糖的样品后测量内毒素诱导的NO产生浓度。结果表明，NO浓度与细胞内岩藻多糖量成反比，且呈剂量依赖关系。250 μg/mL岩藻多糖组细胞内NO的产生与脂多糖组比较差异有统计学意义。岩藻多糖可以抑制Raw 264.7细胞中NO的产生[39]。

2.3. 抑制炎症反应

2020年Liying Ni等人通过对脂多糖诱导的RAW 264.7巨噬细胞测定，发现岩藻多糖在体外对RAW-264.7细胞具有良好的抗炎作用，抑制NO和促炎细胞因子(如TNF-α、IL-1β和IL-6)的产生，并呈剂量依赖性[40]。2022年，Chen等在体外实验细胞因子分析时显示，感染Hp 2周的小鼠IL-6、IL-1β和TNF-α的表达水平显著升高，而岩藻多糖能显著降低小鼠IL-6和肿瘤坏死因子-α水平[39]。2017年韩国的一项随机、双盲、安慰剂对照的清除Hp的临床试验，治疗组餐前口服含岩藻多糖75 mg、月见草精75 mg (300 mg/d)的Femy-R7胶囊，2次/d，疗程8周，安慰剂对照组仅给予微晶纤维素150 mg胶囊。结果表明，Femy-R7显著降低尿素呼气试验中超出基线的Delta和血清胃蛋白酶原I和II水平，且胃蛋白酶原I/II比值升高，表明Femy-R7通过清除胃粘膜中的Hp而改善炎症反应[41]。岩藻多糖作用于炎症过程的不同阶段：阻断淋巴细胞的黏附和侵袭、抑制多种酶、诱导细胞凋亡。最可能的作用机制是下调MAPK和NF-κB信号通路，进而减少促炎细胞因子的产生[42]。

2.4. 调节肠道微生态

在一项动物实验中，将C57BL/6品系小鼠每天灌胃40 g/L岩藻多糖3 mL，持续2周，后3周给予Hp菌悬液3 mL建立Hp感染模型。通过分析小鼠粪便发现，与未干预组相比较，干预组中有害菌群如脱硫弧菌以及泽泻属显著减少，双歧杆菌、粪便杆菌等有益菌的相对丰富显著增加，说明岩藻多糖可以调节Hp感染小鼠的肠道菌群紊乱[28]。Wang等人通过将Hp感染患者随机分为标准四联疗法、标准四联疗法 + 岩藻多糖组及岩藻多糖 + 标准四联序贯组，通过分析患者粪便，证明Hp感染可致肠道生物多样性下降，通过岩藻多糖干预后，增加了肠道微生物的多样性，改善了肠道菌群结构的紊乱状况，增加了有益菌群如双歧杆菌的丰度，还减少了条件致病菌的丰度，显著改善了肠道菌群的平衡状态。此外，岩藻多糖通过促进短链脂肪酸(SCFAs)的生成，进一步增强了肠道屏障功能和抗炎作用，从而缓解了Hp根除过程中常见的胃肠道不适症状。且在根除Hp治疗前给予岩藻多糖可能比在治疗期间加入岩藻糖胶更有效地维持肠道微生物区系组成[43]。

3. 讨论

岩藻多糖作为一种天然的活性物质，展现了其在抗Hp感染中的多重作用机制，包括抑制细菌粘附、抑制氧化应激、减轻炎症反应和调节肠道微生态。尽管现有研究提供了岩藻多糖在体外和体内实验中的有力证据，但其具体作用机制和临床应用仍需进一步研究和验证。随着对岩藻多糖作用机制的深入理解，可能会开发出更加高效、安全的Hp感染治疗方案，从而降低抗生素耐药性带来的挑战。在岩藻多糖的临床应用方面，虽然已有初步的实验数据支持其抗幽门螺杆菌的作用，但在实际应用中仍面临一定挑战。首先，岩藻多糖的安全性和有效性问题值得关注。目前的研究表明，岩藻多糖在短期内对人体无明显毒性，但在长期使用中的安全性仍需通过进一步的临床试验来验证。此外，联合用药是提高岩藻多糖临床疗效的一个重要方向。研究表明，岩藻多糖与常规抗幽门螺杆菌药物联合使用，可能会增强抗生素的疗效，减少副作用，并提高治疗的依从性。然而，这也要求更多的临床研究来探索其剂量标准化和治疗方案个体化的问题。如何克服这些挑战，将是岩藻多糖在抗幽门螺杆菌治疗中广泛应用的关键。临床试验应进一步验证岩藻多糖的安全性和有效性，并优化其给药方案和剂量，以期为Hp感染患者提供更为有效和安全的治疗选择。

基金项目

岩藻多糖清除幽门螺杆菌的临床效果及机制研究，课题编号：SKL2024M01，海洋食品加工与安全控制全国重点实验室开放基金。

NOTES

^*通讯作者。