幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)是引起萎缩性胃炎和胃溃疡等慢性炎症的致病因子，流行病学和动物实验证实，Hp慢性感染是导致胃癌的重要危险因素，1994年世界卫生组织已将其列为I类致癌原[1]。Hp感染机体后在临床上所表现出的不同结局除与宿主和环境因素有关外，还与Hp菌株的异质性，即基因组的高度多态性有关，尤其是毒力基因的异质性，决定Hp感染后是否导致炎症、溃疡乃至胃癌的发生。Hp确切的致癌机制尚不清楚，大量研究表明：cagA与vacA基因分别是发生胃癌的高危险因子[2]。随后陆续发现iceA、oipA、babA 等基因与胃癌的发生密切相关，但这些基因无一单独可作为疾病特异性的标志。随着比较基因组学和功能基因组研究的开展，人们开始将寻找Hp致病特异基因(尤其是与致癌相关的基因)的目标投向其“可塑区”(plasticity region)。笔者现就与胃癌相关的Hp毒力基因在胃癌形成过程中的作用的研究进展综述如下。
1 cagA(cytotoxin associated gene )基因与cag致病岛
cagA是编码高分子量免疫活性抗原的基因，5′端相对保守，3′端相对多变，是评价Hp毒力指标之一。根据cagA的有无通常将HP分成两型：Ⅰ型菌含cagA基因，表达CagA蛋白，具有空泡毒素活性，与临床疾病关系密切;Ⅱ型菌不含cagA基因，不表达CagA蛋白，无空泡毒素活性。1996年，国外学者在研究Ⅰ型(VacA +,CagA+)和Ⅱ型(VacA,CagA)Hp菌株的遗传学差异与致病关系时发现，Ⅰ型Hp菌株含有一个大约40 kb的特殊DNA片段,具有细菌致病岛的典型特征，因此将其称为cag致病岛(pathogenic island,PAI)。cagA是PAI的一个标志性基因。Held等进行病例对照研究发现，cagA+Hp的患者患胃腺癌的危险是cagA-Hp的7.4倍(95% CI 3.3～16.6)[3]。有研究人员经过对179 例患者的平均14.2年的随访发现，cagA+的 Hp菌株感染者发展成胃癌是无Hp感染者的5.8倍。另有研究发现，cagA+的Hp菌株感染能明显加重胃黏膜的损伤，使其失去正常的上皮细胞结构，感染有cagA基因的Hp菌株明显增加胃癌的危险性。总之cagA和cag致病岛阳性Hp菌株的毒性大，与十二指肠溃疡和胃癌等疾病密切相关。
近年来，对cagA基因的研究转向基因亚型即等位基因方面，揭示了cagA基因多态性与宿主临床结局的部分相关性。cagA基因
通过IV型分泌系统进入胃上皮细胞的CagA蛋白，被非受体型酪氨酸激酶家族的csrc激酶和Lyn激酶磷酸化，磷酸化的CagA蛋白与Scr同源区2(SRC homology 2 domain，SH2)结合后，激活后者的磷酸化酶活性，而引起瀑布式的级联反应，强烈干扰细胞的信息传导通路所致。例如通过激活丝裂原激活的蛋白激酶，胞外调节蛋白激酶，从而导致细胞离散及浸润性生长引起严重的胃黏膜损伤，使胃黏膜退化和增殖加剧，增加了未修复基因及基因突变的可能性，CagA促进了癌前病变的发生和发展[7]。Higashi研究发现磷酸化的CagA与含SH2酪氨酸磷酸酶SHP2形成复合物，并激活磷酸酶，破坏复合物会取消依赖的细胞反应。CagASHP2复合物相互作用可能在发病机制中起重要作用，导致胃癌的发生[8]。有研究则认为CagA与胃癌前疾病及胃癌的发生有着网络样的关系，通过对癌基因、抑癌基因及DNA损伤等作用影响胃黏膜细胞的增生与凋亡的平衡[9]。CagA+Hp感染使胃癌前疾病患者黏膜中的bax、bcl2、p16、p21表达均增高。CagA为影响四种蛋白表达的主要因子，CagA可能通过促进这些蛋白的表达，影响胃黏膜细胞的增生和凋亡，增加了DNA损伤复制错误及基因突变的可能性;DNA的损伤引起p53等的高表达，p53可能突变，抑制了bax、p16、p21的表达，使肿瘤细胞逃避了凋亡机制，引起了胃癌的发生。CagA也可通过下调bcl2的表达、促进bax的表达诱导胃黏膜上皮细胞凋亡。
2 vacA(vacuolating cytotoxin)基因
vacA基因存在于所有的菌株中，但仅在50%～60%的菌株表达。表达的前体蛋白质为136～140 kD，在VacA分泌过程中，VacA的信号肽协助前体蛋白穿过细菌内膜后留在内膜，VacA的C末端插入外膜协助前体蛋白通过后而留在外膜，分泌形成成熟的蛋白质分子量为87 kD或者95 kD。成熟的蛋白质可以被柔软的环区(LOOP)分为37 kD亚单位与58 kD亚单位。VacA是一种AB型毒素，降解产生两个分子量分别为37 kD和58 kD的亚单位，37 kD亚单位为VacA的A亚单位，表达生物的毒性，58 kD亚单位则为B亚单位，主要是与靶细胞结合之亚单位。
Atherton等发现Hp的vacA为一种嵌合体，任意信号序列s
VacA可能是通过作用于细胞膜上的Na+K+ATP酶，影响离子间转运而引起细胞的空泡样变性。同时VacA不仅影响细胞增殖，还影响胃黏膜细胞中生长因子的调节机制，促进细胞生长因子及受体的过度表达，引起胃黏膜的增生和癌变。Galmiche等发现：VacA直接损伤线粒体，导致细胞凋亡，并有可能在肿瘤发生早期阶段起作用[12]。Yuan等研究表明，VacA能引起线粒体去极化，从而引起胃上皮细胞凋亡，影响或干扰细胞骨架各成分，引起肌动蛋白重排，致使微管结构发生紊乱[13]。幽门螺杆菌vacA基因表达谱的检测，揭示vacA+通过影响细胞骨架相关蛋白基因的表达以及直接诱导肿瘤相关启动子基因的表达和抑制肿瘤抑制基因的表达来干扰细胞骨架的结构，从而导致肿瘤产生。同时也改变炎症和应激反应基因的表达，提示vacA是幽门螺杆菌致胃癌的重要基因[14]。vacA能抑制正常胃黏膜细胞肌动蛋白弹性纤维的形成和打乱微管的结构，显著减少粘着斑激酶( focal adhesion kinase，FAK)的磷酸化与表达。VacA破坏细胞骨架和干扰细胞信号转导通路。VacA引起细胞异常增殖可能与表皮生长因子( epidermal growth factor,EGF)有关，EGF等生长因子促进上皮移行和细胞增殖对黏膜的恢复和胃腺体的重建至关重要，EGF可以使EGF受体的表达上调和磷酸化水平提高，并通过第二信使分子IP3(inositol 1，4，5triphosphate)和ras信号通路激活cfos等原癌基因的转录。VacA可干扰EGF信号传递过程，可抑制胃黏膜损伤的修复;VacA能抑制Hela细胞前溶酶素D的成熟和释放，抑制EGF灭活，而EGF过度表达可以导致胃癌发生。最近发现VacA可刺激PI3K/Akt信号传导通路，促进糖原合酶激酶3β的磷酸化(glycogen synthase kinase3beta，GSK3beta)，从而抑制GSK3的作用导致βcatenin积累，移位入细胞核从而影响基因的转录，从而提出Wnt信号途径可能在VacA导致胃癌发生机制中发挥重要作用[15]。
3 iceA(induced by contact with epithelium)基因
1998年Peek等根据Hp与胃上皮细胞黏附可能诱导毒力相关基因表达这一假说，通过比较黏附和未黏附于人胃上皮细胞的Hp溃疡株和胃炎株的mRNA转录，发现了一种新的Hp基因iceA。iceA基因分为iceA1和iceA2，是与Hp胃黏膜细胞接触后诱导表达的基因[16]。iceA1与编码CATG特异性限制性内切酶的基因nlaⅢ(Neisseria lactamica)有高度同源性，在Hp与胃黏膜上皮细胞接触后iceA1表达上调。iceA1基因表达意味着上调Hp与上皮细胞的接触，与溃疡的发病密切相关，iceA等位基因型是独立于cagA和vacA的一种毒力因子。Donahue等认为iceAl在大部分Hp菌株中并不是编码一个功能蛋白，而是在转录水平调节其下游基因hpyIM的表达，通过DNA甲基化水平的改变来调控相关毒力基因的表达，从而间接参与Hp的致病作用[17]。
有研究发现iceA1和iceA2在临床分离株中的阳性表达率分别为68%和80%，大约40%菌株呈双阳性表型。胃癌病例iceA1+株显著高于胃炎病例(P<0.01)而且iceA1与vacAs1总是同时表达[18]。也有研究发现iceA1基因在胃腺癌中表达是胃炎的3.6倍，iceA1基因与vacAs1共同存在使发生胃腺癌的几率增加5.6倍[19]。研究发现在胃癌高发区的优势基因型组合为cagA+，vacAs1/m1b/m2，iceA1/iceA2[20]。国内关于iceA基因的研究也有一些报道[2122]，认为iceA1亚型菌株与重度炎症特别是腺体萎缩和肠上皮化生关系密切。
4 新近发现的毒力基因
生物芯片技术运用于Hp的研究，描绘出了不同Hp之间的基因多态性差异，提供了Hp与人类共同进化的证据。Hp诱导宿主细胞反应的基因表达谱，为Hp致病机制的研究提供了一个新的思路。与疾病相关基因及基因表达的检出差异，结合基因突变的方法，相关基因编码蛋白的功能被进一步阐明。一系列新的Hp致病基因也逐渐被发掘出来，其中以编码外膜蛋白的oipA基因、编码黏附素的sabA，babA基因。编码限制性核酸内切酶的hrgA基因和另一Hp基因位点JHP0947比较有代表性，它们与十二指肠溃疡和/或胃癌的相关性,显示它们有可能成为新的分子流行病学标志。
4.1 oipA(outer inflammatory protein )基因 oipA基因编码前炎症外膜蛋白，相对分子质量为34 kD，oipA是一种较强的Hp致病基因，特别在Hp感染的炎症过程中起着重要的作用。oipA的基因状态由信号肽编码区CT双核苷酸重复数目决定，基因的状态决定其是否表达蛋白。Zambon等研究表明，oipA和cagA都与活动性胃炎、消化性溃疡、胃癌有明显的相关性[23]。对炎性因子抗体及Hp外膜蛋白家族成员的分析后，发现OipA与Hp感染后的临床症状、细菌的定植密度、严重的中性粒细胞浸润及较高浓度的黏膜IL8水平密切相关。对信号传导通路的研究发现，oipA和cagA对于完整的IL8启动子的激活都是必要的，但是要通过不同的途径，在IRF1的上游产生分歧，cagA不涉及到STAT1IRF1ISRE途径[24]。也许是基于此点，cagA和oipA对于IL8的分泌都有影响，但是oipA对于IL8具有更重要的作用。
4.2 babA(blood adhesion binding antigen)基因 babA编码的蛋白质在胃上皮细胞表面与Leb血型抗原结合，有2个基因型：babA1和babA2，二者的序列高度同源，区别只是babA2在信号肽区存在10 bp的插入序列，形成转录的起始密码子。缺失实验证明，只有babA2具有功能活性，BabA1不具有与Leb结合的功能。Hp对胃黏膜上皮的黏附作用在其相关炎症反应的起始中起关键作用。Hp黏附于胃黏膜上皮后，通过直接分泌毒素和间接诱导免疫反应而导致上皮损伤，这种黏附特性使Hp免于被胃蠕动、胃排空等力量排出体外，是Hp定居、生存及致病的必要条件。Hp黏附素较多，但目前已经证实的只有4种，即Leb结合黏附素babA、alpA、alpB和hopZ。其中babA是迄今为止惟一明确受体的Hp黏附素，Hp的babA2(Leb黏附素)编码的细菌黏附素，增强了菌体与胃上皮细胞之间的作用，增强了Hp的致病性。有研究显示babA2+以及cagA+/vacAs1/babA2+菌株(“三阳菌株”)与DU(Duodenal ulcer)、胃腺癌和胃癌前病变的发生显著相关[25]。Zambon进一步研究发现，babA2与oipA、cagA等基因之间具有很强的关联性，oipA及cagA的开放状态与babA2具有协同作用，这几个基因的共表达引起的感染具有高度肠化生的危险性[26]。近年来的研究认为表达babA的Hp与严重的胃黏膜损伤，高密度的Hp定植和严重的临床后果密切相关[2728]。
4.3 hrgA基因 Ando等进行Hp染色体DNA对Mbol酶消化作用的敏感性研究中发现并鉴定了一个新的菌株特异性基因——hrgA基因，即限制性内切酶置换基因[29]。hrgA基因与cj1602基因同源，全长594 bp，但功能未知。在西方国家，hrgA阳性率比亚洲高，在亚洲(主要是韩国和日本)hrgA阳性率在胃癌患者比在非胃癌患者中高。并且hrgA阳性菌株在与AGS人类胃癌上皮细胞共同培养时能够诱导IL8的分泌。刘庆春等首次完成了国内胃癌患者hrgA基因的检测，发现hrgA阳性率在cagA阳性菌株比cagA阴性菌株高，且胃癌患者比对照的消化性溃疡患者hrgA阳性率高[30]。
4.4 Hp的可塑区基因 随着比较基因组学和功能基因组研究的开展，人们正开始将寻找Hp致病特异基因(尤其是与致癌相关的基因)的目标投向其“可塑区”(plasticity region)。Hp的可塑区基因，约占基因组3～4 %。Hp的可塑区基因最早是在比较J99与26695两株细菌基因序列时被发现，J99有45 kb、26695有68 kb的基因G+C含量低，且具有菌株特异性，即为可塑区基因。研究人员推测与胃癌发生有关的基因位于该区。J99的可塑区含38个ORFs，即JHP914951。其中JHP947被认为是目前新发现的Hp致病标志，经流行病学调查发现其与cagPAI有显著的相关性，且与临床上的胃溃疡，胃癌有关。
Occhialini等对43株Hp(17 株分离自胃癌，26 株分离自胃炎)进行检测，发现JHP947在分离自胃癌比分离自胃炎标本的Hp有更高检出率(64.7%～34.7%)[31]。随后Santos对200株细菌(68 株自胃炎、53 株自溃疡、79 株自胃癌)进行检测，发现JHP947在分离自胃炎、溃疡和胃癌的Hp中检出率分别为44.1%、79.2%、86.1%，因而认为JHP947与溃疡和胃癌的发生有关。而JHP940仅在几株胃癌标本中检出，因而认为JHP940只与胃癌的发生有关[27]。佘菲菲等从胃黏膜活检组织中分离培养Hp，PCR扩增分离菌株的JHP940、JHP947和JHP949基因，分析这3个基因与胃及十二指肠疾病的关系，得出JHP947与胃癌和消化性溃疡的发生密切相关[28]。目前对JHP947、JHP940基因的了解仅限于流行病学调查，它们与胃及十二指肠疾病的关系和致病机理仍不明，对可塑区基因的研究在进一步进行中。
目前世界各地开展了大量关于Hp基因多态性与胃癌发生的研究，然而尚未有哪个毒力基因或其亚型作为明确的胃癌危险因素被证实，且不同的研究报道的结果并不完全一致，许多问题存在争议，对这些致癌基因的作用机制及其与胃癌的关系有待进一步研究。胃癌的发生是一个多病因多阶段的过程，Hp作为胃癌的I类致癌因子，其致癌机理是一个多因素、多阶段、多基因变异参与的过程，除了考虑为地区人种遗传基因的变异及环境因素的不同外，还应考虑不同地区幽门螺杆菌感染率及基因亚型分布的差异为可能因素。有关Hp毒力基因及其致恶变方面研究进展很快，基础研究方面的突破特别是对可塑区的研究技术上的突破将大大推动临床根除Hp及Hp相关性胃腺癌和胃MALT淋巴瘤的预防及治疗。
作者：林妙端 佘菲菲《福州大学学报》
【参考文献】
[1] RadoszKomoniewska H,Bek T,Jozwiak J,et al. Pathogenicity of Helicobacter pylori infection[J]. Clin Microbiol Infect, 2005,11(8):602610.
[2] Sergio A C,Hiroaki T,Gil R CC,et al. Role of bacterial and genetic factors in gastric cancer in
[3] Held M,Engstrand L,Hansson L E,et al. Is the association between Helicobacter pylori and gastric cancer confined to CagA positive strains[J]. Helicobacter, 2004,9(3):271277.
[4] Naito M,Yamazaki T,Tsutsumi R,et al. Influence of EPIYA repeat polymorphism on the phosphorylation dependent biological activity of Helicobacter pylori CagA[J]. Gastroenterology, 2006,130(4):11811190.
[5] Basso D,Zambon C F,Letley D P,et al. Clinical relevance of Helicobacter pylori cagA and vacA gene polymorphisms[J]. Gastroenterology, 2008,135(1):9199.
[6] Azuma T, Yamakawa A, Yamazaki S,et al. Distinct diversity of the cag pathogenicity island among Helicobacter pylori strains in
[7] Seo J H,Lim J W,Kim H,et al. Helicobacter pylori in a Korean isolate activates mitogenactivated protein kinases, AP1, and NFkappaB and induces chemokine expression in gastric epithelial AGS cells[J]. Lab Invest, 2004,84(1):4962.
[8] Lochhead P,ElOmar E M. Helicobacter pylori infection and gastric cancer[J]. Best Pract Res Clin Gastroenterol, 2007,21(2):281297.
[9] 苏丽婷,郁 丽,夏时海. 幽门螺杆菌在胃癌形成过程中的作用[J]. 武警医学院学报，2007,3(16):1518.
[10] Atherton J C,Peek R M,Tham K J,et al. Clinical and pathological important of heterogeneity in vac A,the vacuolating cytotoxin gene of Helicobacter pylori[J]. Gastroenterology, 1997,112(1):9299.
[11] 乔 文,胡家露,吴开春,等. 幽门螺杆菌vacA基因型与胃癌及癌前病变的相关性[J].中华内科杂志, 2000,39(11):729731.
[12] Galmiche A,Rassow J,Doye A,et al. The Nterminal 34 kDa fragment of Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin targets mitochondria and induces cytochromec release[J]. EMBO J, 2000,19(23):63616370.
[13] Yuan J P,Li T,Shi X D,et al. Deletion of Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin gene by introduction of directed mutagenesis[J]. World J Gastroenterology, 2003,9(10):22512257.
[14] Wang H T,Li Z H,Yuan J P,et al. Effect of Helicobacter pylori VacA on gene expression of gastric cancer cells[J]. World J Gastroenterol, 2005,11(1):109113.
[15] Nakayama M,Hisatsune J,Yamasaki E,et al. Helicobacter pylori VacAinduced inhibition of GSK3 through the PI3K/Akt signaling pathway[J]. J Biol Chem, 2009,284(3):16121619.
[16] Peek R M Jr,Thompson S A,Donahue J P,et al. Adherence to gastric epithelial cells induces expression of a Helicobacter pylori gene, iceA, that is associated with clinical outcome[J]. Proc Assoc Am Physicians, 1998,110(6):531544.
[17] Donahue J P,Peek R M,Van Doorn L J,et al. Analysis of iceA1 transcription in Helicobacter pylori[J]. Helicobacter, 2000,5(1):112.
[18] Kidd M,Peek R M,Lastovica A J,et al. Analysis of iceA genotypes in South African Helicobacter pylori strains and relationship to clinically significant disease[J]. Gut, 2001,49(5):629635.
[19] Koehler C I,Mues M B,Dienes H P,et al. Helicobacter pylori genotyping in gastric adenocarcinoma and MALT lymphoma by multip lex PCR analyses of paraffin wax embedded tissues[J]. J Clin Pathol: Mol Pathol, 2003,56(1):3642.
[20] 宫月华,袁 媛. 中国庄河胃癌高发区幽门螺杆菌毒力基因型菌株感染分布特征[J]. 中华医学杂志, 2006,86(6):419421.
[21] 庄 坤，张 军,张玲霞,等. 西安地区幽门螺杆菌iceA1、iceA2和babA2基因型与致病性的研究[J]. 细胞与分子免疫学志, 2007,23(6):520522.
[22] 张彩凤,夏永华,韩 宇,等. 幽门螺杆菌iceA基因型与胃黏膜病变的相关性[J]. 世界华人消化杂志，2008,16(20):23122315.
[23] Zambon C F ,Basso D,Navaglia F,et al. Helicobacter pylori virulence genes and host IL1RN and IL1β genes interplay in favouring the development of peptic ulcer and intestinal metaplasia[J]. Cytokine, 2002,18(5):242251.
[24] Yamaoka Y,Kudo T,Lu H,et al. Role of interferon stimulated responsive elementlike element in interleukin8 promoter in Helicobacter py lori infection[J]. Gastroenterology, 2004,126(4):10301043.
[25] Yu J,Leung W K,Go M Y,et al. Relationship between Helicobacter pylori babA2 status with gastric epithelial cell turn over and premalignant gastric lesions[J]. Gut, 2002,51(4):480484.
[26] Zambon C F,Navaglia F,Basso D,et al. Helicobacter pylori babA2,cagA,and s1 vacA genes work synergistically in causing intestinal metaplasia[J]. J Clin Pathol, 2003,56(4):287291.
[27] Yoshio Y. Roles of Helicobacter pylori BabA in gastroduodenal pathogenesis[J]. World J Gastroenterol, 2008,14(27):42654272.
[28] Azevedo M,Eriksson S,Mendes N,et al. Infection by Helicobacter pylori expressing the BabA adhesin is influenced by the secretor phenotype[J]. J Pathol, 2008,215(3):308316.
[29] Ando T,Wassenaar T M,Peekrm J R,et al.A Helicobacter pylori restrition endonucleasereplacing gene,hrgA is associated with gastric cancer in Asian strain[J]. Cancer Res, 2002,62(8): 23852389.
[30] 刘庆春,韩梅娇,李鸿定,等. 胃癌与幽门螺杆菌cagA,hrgA基因相关性研究[J]. 现代生物学进展, 2007(2):261263.
[31] Occhialini A,Marais A,Alm R,et al. Distribution of open reading frames of plasticity region of strain J
[32] Santos A,Queiroz D M,Menard A,et al. New pathogenicity marker found in the plasticity region of the Helicobacter pylori genome[J]. J Clin Microbiol, 2003,(41):16511655.
[33] 孙各琴,佘菲菲,李 能,等. 幽门螺杆菌JHP947等基因的检测及JHP947表达蛋白的鉴定[J]. 中国病原生物学杂志, 2008,3(5):334337.
