CC BY
243
УДК: 616.33-002.44-022:579.835.12
ИНФЕКЦИЯ HELICOBACTER PYLORI: ИТОГИ 20-ЛЕТНЕГО ИЗУЧЕНИЯ ЕЕ ПАТОГЕННОСТИ
Г.Д. Фадеенко
Институт терапии АМН Украины РЕЗЮМЕ
В статье обсуждены итоги дватцатиглетнего изучении патгенности Helicobacter pylori. Приведены главные факторы патогенности и вирулентности Helicobacter pylori, а именно колонизация, адгезия, пенетрация, и возможный иммунный ответ макроорганизма при инфицировании его Helicobacter pylori.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Helicobacter pylori, патогенность, вирулентность
Весной 2003 г. исполнилось 20 лет с тех пор, когда впервые удалось выделить культуру бактерий Helicobacter pylori (H.pylori), а затем доказать причастность этих микроорганизмов к развитию заболеваний у человека. С того времени активное изучение H.pylori не прекращалось, а доказательств их патогенной роли становится все больше. Каков же итог научных изысканий за два прошедших десятилетия?
В данной публикации проанализированы результаты наиболее крупных исследований последних лет, посвященных изучению патогенетической роли H.pylori в развитии заболеваний.
Ранее проведенные эпидемиологические исследования определили чрезвычайную распространенность данных бактерий: ин-фицированность ^pylori у взрослого населения в различных регионах мира варьирует от 40% до 90%. В последствии было доказано, что ^pylori индуцирует воспаление в слизистой оболочке желудка практически у всех носителей, а Н.pylori-индуцированные гастриты повышают риск развития язв желудка и двенадцатиперстной кишки, дистальной аденокарциномы и лимфопролиферативной опухоли желудка. Вместе с тем, как оказалось, лишь у небольшой части инфицированных носителей ^pylori возникают язвы и опухоли верхних отделов желудочнокишечного тракта. Данное обстоятельство стало причиной многочисленных споров и дискуссий. В результате H.pylori были отнесены к числу патогенных микроорганизмов, которые в зависимости от обстоятельств, могут вести себя, как комменсалы или симбионты. Другими словами, по выражению ХМс01^ап (1996), H.pylori являются «изменчивым» патогеном («versatile patogen») [1].
Исследования последних лет, направленные на изучение патогенеза H. pylori, определили, что степень риска заболевания определяют специфические взаимодействия между самим патогеном (Ti.pylori) и организ-
мом-носителем. Эти взаимодействия, в свою очередь, напрямую зависят от штамм-специфических бактериальных факторов и эффекторов, непосредственно индуцированных у носителя.
В настоящее время к главным факторам патогенности Н.ру1оп относят как свойства самих бактерий (колонизация слизистой оболочки желудка, адгезивность к желудочному эпителию, внутриклеточную пенетра-цию, цитотоксины, островки патогенности, специфическую реакцию на стресс), так и ответную реакцию макроорганизма на инфицирование (иммунный ответ, процессы апоптоза и пролиферации в слизистой оболочке гастродуоденальной зоны, изменение моторной функции желудка) [3].
Колонизация слизистой оболочки желудка Н.ру1оп обеспечена их продукцией уреа-зы, которая, расщепляя мочевину и за счет аммиака, нейтрализуя Н-ионы, защищает бактерии от действия соляной кислоты желудочного содержимого. В отличие от других бактерий, которые так же образуют уреазу (например, кишечной палочки, протея, клебсиеллы), у Н.ру1оп уреаза располагается не только в цитоплазме, но и на поверхности клеток. Уреаза, вырабатываемая Н.ру1оп, представляет собой никель-содержащий гексадимер. В генном кластере уреазы Н.ру1оп обнаружено семь генов: игеЛ, игеВ (кодируют структурные субъединицы уреазы), игеЕ, игеР, игеО, игеН (кодируют дополнительные белки, необходимые для сборки и включения ионов №2+), иге1 (кодирует канал уреазы для Н+ и является по существу транспортной системой для преремещения мочевины в цитоплазму бактерии [3]. Гены игеЛ/В формируют мембранный комплекс с иге1. Будучи сильным антигеном, уреаза, вырабатываемая Н.ру1оп связывает антитела, потенциально вредные для бактерий, которые удаляются с поверхности бактериальных клеток в виде комплекса антиген-антитело. Недавно была обнаружена потенциально новая функция уреазы [4] - зависимость регуляции индуци-
бельной синтазы оксида азота и высвобождения оксида азота от экспрессии ureA, что позволило выдвинуть гипотезу о том, что уреаза является не только необходимым компонентом для продукции аммиака, но и принимает участие в регуляции воспаления
[4].
Большинство H.pylori при колонизации организма находятся в свободном состоянии, но около 20% присоединяется к эпителиальным клеткам желудка. Именно благодаря адгезии Н.ру1оп к эпителиальным клеткам желудка, создаются предпосылки к реализации их патогенного потенциала. Лдгезия происходит за счет взаимодействия лигандов H.pylori с соответствующими рецепторами желудочного эпителия. У Н.pylori выявлено несколько адгезинов, определяющих выбор хозяина. Из них наиболее изучены белки bab (blood-group associated binding adhesion), каждый ген которых - babA и babB присутствует в виде нескольких аллелей [5]. В качестве рецепторов адгезины H.pylori используют остатки сиаловых кислот, глико-липиды,сульфогруппы гликопротеинов, фосфолипиды, фукозу Льюис-подобных антигенов. Кроме того, микробы также могут прилипать к белкам соединительной ткани (коллагену, ламинину, витронектину). За последний год идентифицировано несколько новых H.pylori лигандов организма-носителя. Так, в качестве рецептора H^ylori был определен сиатил-димерный Lewis(x) [(Le(x)] гликосфинголипид, при этом было показано, что бактериальная колонизация индуцировала экспрессию сиатил-Le(x) антигенов в слизистой оболочке желудка человека и обезьян [6], Необходимый для связывания адгезин H.pylori, был идентифицирован как SabA. Поскольку антигены сиатил-Le(x) являются установленными антигенами опухоли и маркерами дисплазии желудка, было подтверждено предположение о том, что адгезия H.pylori вполне вероятно играет основную роль в индукции канцерогенеза [6]. BabA - мембран-связанный адгезин, кодируется штамм-селективным геном babAl, который связывается с антигеном группы крови Le(b), присутствующим на мембранах клеток эпителия желудка. Как было показано, этому способствует структура Le(b) гликоформ муцина. Разнообразие гликоформ муцина может объяснять различия в восприимчивости к H^ylori у людей [7, 8, 9].
Помимо колонизации и адгезии к числу факторов вирулентности H.pylori относится их способность к пенетрации (клеточной инвазии). Это свойство бактерий проникать в эпителиальные клетки в последние годы исследовалось путем использования диффе-
ренциальной контрастной видео- и имму-нофлюоресцентной микроскопии [10]. H.pylori обнаруживались внутри больших цитоплазмических вакуолей; после эволюции вакуолей они вновь появлялись во внеклеточном окружении, при этом внутри вакуолей они не обнаруживались. Данный факт свидетельствует о свободном высвобождении H.pylori из внутривакуолярной ниши. Как раз этим могут объясняться трудности, связанные с уничтожением (эрадикаци-ей) H^lon. Согласно сообщениям, на ульт-раструктурном уровне, H.pylori проникает в клетки посредством механизма, подобного застежке-молнии (интернализированные бактерии связаны внутри фаголизосом со сгустками нитевидного актина) [11].
Изучение патогенных свойств H^ylori выявило, что вирулентность этих бактерий во многом определяется способностью выделять токсины. В настоящее время наиболее изучен цитотоксин Л, вызывающий ва-куализацию эукариотических эпителиальных клеток, путем образования пор в их цитоплазматической мембране (vacA). Около 50% изолятов H.pylori выделяют токсин с вакуолизирующей активностью, а штамм-специфические различия в способности индуцировать вакуолизацию, имеют место вследствие вариаций последовательностей внутри vacA. Помимо вакуолизации, цитотоксин vacA оказывает и другие биологические эффекты, которые могут влиять на клинический исход инфицирования. Именно с экспрессией vacA в наибольшей степени связаны развитие язвенной болезни и аденокарциномы желудка, что было подтверждено на генетических моделях [12]. Именно токсиногенные штаммы H.pylori ингибируют развитие фагосом после захвата бактерий макрофагами [13] и увеличивают проницаемость сосудов, адгезию лейкоцитов, агрегацию тромбоцитов и вазоконстрикцию микроцир-куляторного русла слизистой оболочки желудка (в эксперименте) [14].
Более 40 генов вирулентности H^ylori собраны в одном из сегментов хромосомы бактерии, вследствие чего данный участок получил название «островка патогенности». Его маркером считается иммунодоминант-ный белок с молекулярной массой 120-140 кД, кодируемый цитотокин-ассоциирован-ным геном А - cagA. Кроме того, островок патогенности содержит гены систем секреции типа III и IV - обязательных атрибутов вирулентности. «Островок патогенности» у присутствует у 60-70% штаммов H^lon. Именно с сagA ассоциируется развитие аденокарциномы желудка. CagA транслоциру-ется в эпителиальные клетки организма-
носителя, где подвергается Src-зависимой тирозин-фосфориляции и активизирует эукариотическую фосфотазу (SHP-2), приводя к дефосфориляции протеины эпителиальных клеток хозяина с их последующими морфологическими изменениями. Последовательности сagA, которые преобладают в Восточно-азиатских штаммах H^yton, отличаются от таковых, обнаруженных в большинстве изолятов западных стран. Кроме того, Восточно-азиатские cagA, содержащие уникальный участок тирозин-фосфориляции, проявляет более сильное SHP-2 связывание и более выраженную способность изменять клеточную морфологию, чем западные cagA [15]. Данным обстоятельством можно объяснить различную частоту заболеваемости раком желудка, наблюдаемую в этих регионах мира. За последний год были проведены исследования эффектов компонентов cag «островка патогенности» на реакцию организма-носителя. Были обнаружены различия в клеточном ответе, которые непосредственно зависели от свойств генов cag. Все мутантные штаммы H^ylori колонизировали с меньшей эффективностью, чем «дикие» штаммы, за исключением изогенного cagA-негативного производного, что позволило предположить о непосредственном влиянии на раннюю фазу колонизации желудка H. pylori секреторного аппарата «островка патогенности» cag [16]. Ряд проведенных экспериментов по изучению эффектов cag-положительных штаммов H.pylori вне желудочного эпителия показал, что cag-положительные штаммы вызывали образование больших гомотипных макрофагоподобных клеточных агрегатов [17]. Антитела к anti-сagA реагировали с компонентами гладкомышечных клеток, фибропластами и эндотелиальными клетками внутри препаратов стенок артериальных сосудов, что позволило предположить вероятность связывания системных антител к сagA с антигенами внутри сосудистой стенки и возможность влияния на развитие атеросклероза у лиц, инфицированных cag-положительными штаммами H.pylori [18].
Воспаление, индуцированное H.pylori, может приводить к различным формам повреждений и разрушению эпителиальных клеток. Вместе с тем, активированные воспалительным процессом, нейтрофилы генерируют реактивные радикалы кислорода и азота, которые могут вызывать оксидативное повреждение ДНК, или разрушение самих клеток. Однако, эти реактивные радикалы но повреждают ткани организма-носителя, но имеют разрушительный потенциал для инфицирующих бактерий. Данный факт по-
служил тому, что ряд исследований последних лет были сосредоточены на изучении способности H.pylori противостоять стрессу со стороны окружающей среды. В результате чего были выявлены ряд генов, вовлеченных в сопротивление Н.ру1оп против оксидатив-ного стресса: ahpC - кодирует белок, который катализирует восстановление органических перекисей до спиртов, napA - кодирует железо-связанный белок, активизирующий нейтрофилы. Инактивация данных генов приводила в эксперименте к выраженному нарушению способности Н.ру1оп к инфицированию. Результаты проведенного эксперимента свидетельствует о том, что сопротивление оксидативному стрессу является критическим фактором для успешной колонизации [19].
Иммунный ответ макроорганизма является важной составляющей для патогенности инфекции Н.ру1оп. В распознавание патогена вовлечены поверхностные клеточные рецепторы, которые способны распознавать такие специфические компоненты патогена, как липопротеины, липополисахариды, бактериальные ДНК и передавать эту информацию по внутриклеточным сигнальным каскадам для продукции регуляторных цитоки-нов. Морфологическим критерием гастрита, индуцированного H.pylori, является нейтро-фильная инфильтрация. Стимуляция эндотелиальных клеток бактериями H.pylori способствует вовлечению в процесс нейтрофи-лов благодаря активации адгезии VCAM-1, ICAM-1, Е-селектина и IL-8 [20]. Изучение роли реактивного кислорода и азота на иммунный ответ пар инфицировании H.pylori, показало, что они способствуют ограничению воспалительного ответа, ассоциированного с инфекцией, и, возможно, в ограничении способности организма хозяина снижать бактериальную нагрузку [21].
Известно, что инфекция H.pylori индуцирует апоптоз в эпителиальных клетках. Механизмы, регулирующие этот ответ, были изучены в последние годы [22, 23]. Согласно сообщениям, апоптоз эпителиальных клеток ассоциируется с ex vivo высвобождением провоспалительных цитокинов TNF-a и IFN-Y линиями Т-клеток, специфичными к H^ylori и клонами [24]. При этом увеличение апоптоза происходит при наличии H.pylori cagA-позитивных токсигенных штаммов [25].
Воспаление, индуцированное H.pylori, может приводить и к нарушению нервной регуляции желудочно-кишечного тракта, а так же способствовать функциональной диспепсии за счет нарушения моторной активности верхних отделов пищеварительного
канала. Описан эксперимент, в котором инфицирование мышей H. pylori приводило к увеличению антральной релаксации, что сочеталось со снижением высвобождения аце-тилхолина [26]. У инфицированных мышей наблюдалось повышение плотности субстанции Р (SP), кальцитонин ген-связаного пептида (CGRP), вазоактивного интестинального пептида (VIP) в желудочных ганглиях и SP и CGRP в спинном мозге [26]. Дисфункция холинергических нервов постепенно ухудшалась по мере увеличения мак-рофагальной и мононуклеарной инфильтрации или бактериальной колонизации. Эради-кация H.pylori приводила к нормализации функциональных и морфологических нарушений (за исключением повышенной плотности SP и CGRP), что дает предпосылки для более детального изучения нарушений двигательной функции, индуцированной H.Py-lori у человека.
Патогенность H.pylori стала основой для разработки лечебных подходов к заболеваниям, которые ассоциируются с этой инфекцией, сформулированные международными соглашениями: Маастрихтскими Консенсусами 1996 и 2000 г.г. В свете этих соглашений, базисная терапия этих заболеваний заключается в эффективном уничтожении (полной эрадикации) инфекции H^yton.
Таким образом, огромное количество опубликованных исследований, посвященных патогенной роли H.pylori в развитии заболеваний у человека (только за последний год опубликовано более 1300), определили и подтвердили важность этого микроорганизма для развития таких заболеваний у челове-
ЛИТЕРАТУРА
ка, как хронический гастрит, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, МЛЬТ-лимфомы, аденокарциномы желудка. Кроме того, Н.ру1оп стала рассматриваться в качестве уникальной модели хронической инфекции у человека. Приспособляемость
Н.ру1оп в окружающей среде выражается в их способности прилипать к желудочному эпителию и модулировать экспрессию собственных вирулентных факторов. Согласно современным представлениям, Н.ру1оп также может выживать внутри эпителиальных клеток, тем самым, уклоняясь от иммунной реакции инфицированного организма. Эти открытия последних лет не только выявили механизмы, по которым Н.ру1оп может манипулировать иммунным ответом хозяина, но также могут дать фундаментальные представления о патогенезе других заболеваний, которые развиваются в рамках воспалительных реакций, индуцированных иными патогенами пищеварительного тракта.
По своему значению для медицины выделение Н.ру1оп и доказательство их патогенной роли приравнивается к открытию австралийского антигена, созданию пенициллина и вакцины против полиомиелита. Благодаря полученным знаниям и разработанным стандартам лечения, такие распространенные заболевания, как хронический гастрит, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки в подавляющем большинстве случаев могут быть не только теоретически, а практически полностью излечены, а профилактика опухолей желудка - стала реально действенной.
1. Mc Guigan J.. // Digestive Diseases. 1996. Vol. 14 (5). P. 289-303.
2. Lamarque D., Peek R.M. // Blackswell publishing Ltd, Helicobacter . 2003. V.8. Suppl. 1. P.21-30
3. Voland P., Weeks D.L., Marcus E.A. et al. // Am. J.. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2003. № 284. P. 96-106.
4. Gobert A.P., Mersey B.D., Cheng Y. et al. // J..Immunol. 2002. № 168. P. 6002-6006.
5. Pride D., Meinersmann R., Blaser M. // Infect. Immun. 2001. Vol.69 (2). P. 1160-1171.
6. Mahdavi J.., Sonden B., Hurtig M. et al. // Science. 2002. № 297. P.573-578.
7. Linden S., Nordman H., Hedenbro J. et al. // Gastroenterology. 2002. Vol. 123. P. 1923-1930.
8. Teneberg S., Leonardsson I., Karlsson H. et al. // J..Biol Cbem. 2002. Vol. 277. P. 1909-1919.
9. Vinall L.E., King M., Novelli M. et al. // Gastroenterology. 2002. Vol. 123. P. 41-49.
10. Amieva M.R., Salama N.R., Tompkins L.S, et al. // Cell Microbiol. 2002. Vol. 4. P. 677-690.
11. Kwok T., Backert S., Schwarz H. et al. // Infect Immun. 2002. Vol. 70. P. 2108-2120.
12. FuJikava A., Shirasaka D., Yamamoto S. et al. // Nat. Genet. 2003. Vol. 33. P. 375-381.
13. Zheng P.Y., J.ones N.L. // Cell Microbiol. 2003. Vol. 5. P. 25-40.
14. Kalia N., Bardhan K.D., Atherton J.C. et al. // Gut. 2002. Vol. 51. P. 641-647.
15. Higashi H., Tsutsumi R., FuJ.ita A. et al. // Proc Natl Acad Sci USA. 2002. Vol. 99. P. 14428-14433.
16. Marchetti M., Rappuoli R. // Microbiology. 2002. Vol. 148. P. 1447-1456.
17. Moese S., Selbach M., Meyer T.F. et al. // Infect Immun. 2002. Vol. 70. P. 4687-4691.
18. Franceschi F., Sepulveda Ar., Gasbarrini A. et al. // Circulation. 2002. Vol. 106. P. 430-434.
19. Olczak A.A., Seyler R.W., Olson J.W. et al. // Infect Immun 2003. Vol. 71. P. 580-583.
20. Innocenti M., Thoreson A.C., Ferrero R.L. et al. // Infect. Immun. 2002. Vol. 70. P. 4581-4590.
21. Blanchrd T.G., Yu F., Hsieh C.L. et al. // J. Infect Dis. 2003. Vol. 187. P. 1609-1615.
22. Potthoff A., Ledig S., Martin J. et al. // Helicobacter. 2002. № 7.P. 367-377.
23. Maeda S., Yoshida H., Mitsuno Y. et al. // Gut. 2002. Vol. 50. P. 771-778.
24. Lehmann F.S., Terracciano L., Carena I. et al. // Am J. Physiol Gastrointest Liveer Physiol. 2002. Vol.
283. Р. 481-488.
25. Neu B., Randlkofer P., Neuhofer M. et al. // Am J. Physiol Gastrointest Liveer Physiol. 2002. Vol. 283.
Р. 309-318.
26. Bercik P., De Giorgio R., Blennerhassett P. et al. // Gastroenterology. 2002. Vol. 123. Р. 1205-1215.
ІНФЕКЦІЯ HELICOBACTER PYLORI: ІТОГИ 20-РІЧНОГО ВИВЧЕННЯ ЇЇ ПАТОГЕНОСТІ
Г.Д. Фадєєнко
Інститут терапії АМН України
РЕЗЮМЕ
У статті обговорено ітоги двадцятирічного вивчення патогеності Helicobacter pylori. Приведені головні фактори патогеності та вірулентності Helicobacter pylori, а саме колонізація, адгезія, пенетрація, та можлива імунна відповідь макроорганізму при інфікуванні його Helicobacter pylori.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: Helicobacter pylori, патогеність, вірулентність
HELICOBACTER PYLORI INFECTION: THE RESULTS OF 20-YEARS STUDY OF ITS PATHOGENICITY
G.D. Fadeenko
Institute of Therapy of AMS of Ukraine
SUMMARY
In the paper the main results of twenty years of investigations of Helicobacter pylori pathogenicity are elucidated. The main pathogenetic and virulence factors have been presented (colonization, adhesion, penetration) and possible immune responses of the organism at Helicobacter pylori infection.
KEY WORDS: Helicobacter pylori, pathogenicity, virulence
