摘要：幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori, H. pylori)選擇性地在人的胃黏膜中定植，是引發胃癌的最強危險因素之一。多胺是一類廣泛存在于真核細胞中帶高密度正電荷的烷基類小分子化合物，參與細胞增殖、分化、凋亡等重要的生理過程，多種疾病的發生發展與多胺代謝紊亂相關。近期研究發現， H. pylori感染能誘導宿主胃黏膜上皮細胞和巨噬細胞中多胺代謝異常。特別是該菌對多胺代謝途徑中的關鍵酶ARG2(arginase 2, 精氨酸酶2)、ODC(ornithine decarboxylase, 鳥氨酸脫羧酶)和SMO(soermine oxidase, 精胺氧化酶)的激活作用，與H. pylori免疫逃逸，慢性炎癥維持、DNA損傷和胃癌的發生發展密切相關，提示多胺代謝途徑可能成為H. pylori相關胃癌防治的新靶點。

　　關鍵詞：幽門螺桿菌;精氨酸酶;鳥氨酸脫羧酶;精胺氧化酶;胃癌

　　胃癌是腫瘤患者死亡的主要原因之一，而幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori, H. pylori)感染是引發胃癌的最強危險因素。H. pylori是一種微需氧革蘭氏陰性菌，感染世界上近50%的人群。該菌選擇性地在人的胃黏膜中定植，未經治療的H. pylori慢性感染可引發萎縮性胃炎和胃潰瘍，最終導致胃癌發生。H. pylori誘發胃癌的機制尚未完全闡明，可能與受感染的胃組織中氧化性應激導致DNA損傷與突變、腫瘤抑制基因啟動子高甲基化而表達沉默、雙鏈DNA斷裂以及miRNA 表達異常相關[1-2]。除胃黏膜外，口腔也是幽門螺旋桿菌的重要定植部位，口腔中該菌的存在是胃H. pylori感染難以治愈或治愈后易于復發的重要原因[3-4]。研究發現， H. pylori的致癌性與其誘導的宿主細胞內多胺代謝異常密切相關。

　　1 多胺與多胺代謝途徑

　　多胺，包括腐胺(putrescine)、精脒(spermidine) 和精胺(spermine)，是一類廣泛存在于真核細胞中帶高密度正電荷的烷基類小分子化合物，參與細胞增殖、分化、凋亡等重要的生理過程。體內多胺合成始于精氨酸的降解，它在精氨酸酶(arginase, ARG)的作用下分解為尿素和鳥氨酸(ornithine)，后者在多胺合成限速酶鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase, ODC)的催化下脫羧生成腐胺，腐胺再經精脒合成酶和精胺合成酶催化依次生成精脒和精胺。多胺的降解代謝由精脒/精胺乙酰轉移酶(spermidine/spemine acetyltranslase, SSAT)，精胺氧化酶 (spermine oxidae, SMO)和乙酰多胺氧化酶(acetylpolyamine oxidase, APAO)協同催化，在這一過程中，精胺逆轉化為精脒和腐胺，由此形成多胺的代謝循環(見圖1)。重要的是，SMO在催化精胺降解為精脒的同時，還產生活性氧H2O2，而H2O2的持續存在將導致DNA損傷并誘導細胞凋亡[5]。大量研究證實，多胺代謝紊亂與包括腫瘤在內的多種疾病的發生發展密切相關，由此多胺代謝途徑也成為相關疾病預防治療的重要分子靶點[6-7]。

　　2 H. pylori與精氨酸酶2(ARG2)

　　H. pylori感染雖能激發一定程度的宿主免疫效應，但H. pylori卻能在胃黏膜中持續生存而導致慢性胃炎，這提示在感染組織的微環境中有免疫耐受機制存在。研究發現，H. pylori感染所致的宿主細胞多胺代謝異常與H. pylori的免疫逃逸相關。

　　在人巨噬細胞中主要有兩種不同的精氨酸酶 (arginase, ARG)，即ARG1和ARG2。其中，H. pylori對主要存在于線粒體內的ARG2的表達誘導，可能是H. pylori逃避免疫殺傷的重要原因之一。在受細菌感染的組織中，巨噬細胞大量合成和釋放具有殺菌活性的NO(nitric oxide, 一氧化氮)是天然免疫抗感染的重要環節，而巨噬細胞中的NO由誘導型NO合酶(inducible nitric oxidase synthase, iNOS) 催化L-精氨酸(L-Arg)降解而來。巨噬細胞能通過位于細胞膜上的陽離子轉運載體2(cation transporter- 2, CAT2)從細胞外基質中大量攝入L-Arg。入胞后的L-Arg有兩條主要的代謝途徑，一是被iNOS分解并產生NO，后者發揮殺傷細菌的功能;二是被 ARG2分解，轉化為鳥氨酸和尿素。值得注意的是，ARG2是一種iNOS的天然抑制因子，它一方面與iNOS競爭性利用底物L-Arg，另一方面還能抑制iNOS mRNA的翻譯，降低iNOS活性，從而抑制 NO的合成[8]。

　　研究發現，H. pylori感染能顯著上調胃黏膜組織巨噬細胞中CAT2和ARG2的表達。此種條件下，雖有大量L-Arg進入巨噬細胞，但由于ARG2 誘導性高表達，iNOS合成NO的功能受到抑制，巨噬細胞對H. pylori的免疫殺傷活性下降。此時 L-Arg主要被ARG2催化降解為鳥氨酸，后者進入多胺代謝途徑而增加細胞內的多胺水平。此外， L-Arg在降解過程中產生并被分泌到細胞外的尿素也在維持H. pylori的長期慢性感染中發揮重要作用。胃中的強酸性環境可抑制H. pylori的生存和繁殖，但H. pylori中含有高活性的脲酶，它能將尿素分解為堿性的氨，由此中和胃酸而創造一種適于自身生存的pH微環境[9-10]。

　　有研究發現，用H. pylori感染Arg2缺失的小鼠可導致胃黏膜中更強的炎癥反應和更低的細菌載量，這進一步提示ARG2在H. pylori免疫逃逸中的重要作用。機制分析發現，除影響iNOS活性外， ARG2還能下調促炎細胞因子和細胞趨化因子的表達，抑制Th1/Th17細胞(參與抗菌免疫的輔助性T 細胞)分化，并抑制M1巨噬細胞(促炎巨噬細胞)的活性[11]，而用ARG抑制劑S-(2-硼酸乙基)-L-半胱氨酸(S-(2-boronoethyl)-L-cysteine, BEC)處理能增加巨噬細胞對H. pylori的殺傷活性[12]。這提示，H. pylori 誘導高表達的ARG2能通過多種途徑協助H. pylori 免疫逃逸。

　　3 H. pylori與ODC

　　鳥氨酸脫羧酶 (ornithine decarboxylase, ODC) 是多胺合成途徑中的限速酶，它的高表達與細胞惡性轉化密切相關。研究發現，H. pylori能誘導巨噬細胞中ODC高表達，引起細胞內多胺含量顯著性增加并誘導巨噬細胞凋亡。機制分析發現，H. pylori對ODC的表達誘導作用與其激活細胞外調節蛋白激酶1/2(extracellular regulated protein kinase1/2, ERK1/2)信號通路密切相關。H. pylori感染能增加巨噬細胞內ERK1/2的磷酸化水平而使該酶激活，活化的ERK1/2進入細胞核后，催化轉錄因子Fos磷酸化。磷酸化的Fos可與轉錄因子Jun形成P-Fos/Jun 活性復合體并結合到c-myc基因啟動子中的順式元件AP-1上，由此上調c-myc的表達水平。后者再通過與ODC啟動子內的c-Myc效應元件結合而激活 ODC基因轉錄，上調ODC表達水平。抑制ERK磷酸化能阻斷P-Fos/Jun復合體形成，下調ODC表達，并逆轉H. pylori誘導的巨噬細胞的凋亡[9, 13-14]。

　　Hardbower等[15]研究發現，ODC是M1型巨噬細胞免疫活性的負性調控因子。ODC缺失可顯著性上調H. pylori感染胃組織中M1巨噬細胞活性和對細菌的殺傷能力，增加細菌性胃炎的強度，同時增加炎性細胞因子和細胞趨化因子的表達水平。該研究還發現，ODC缺失的巨噬細胞中， H3K4單甲基化和H3K9的乙酰化水平增加，同時 H3K9 2/3甲基化水平下降，這些組蛋白表觀遺傳修飾的改變導致與M1表型相關的基因表達上調。上述研究提示，通過誘導ODC高表達從而抑制M1 巨噬細胞的抗菌作用，可能是H. pylori免疫逃逸并導致持續感染的另一重要原因。

　　Barry 等[16]發現，ODC小分子抑制劑二氟甲基鳥氨酸(difluoromethylornithine, DFMO)是一種潛在的H. pylori感染性胃病的治療藥物。在H. pylori感染的小鼠模型中，DFMO可抑制細菌生長，下調細菌毒素CagA的合成和向胃組織細胞的轉移。在小鼠食料中加入1%的DFMO能減低H. pylori相關胃炎的程度，減少胃黏膜中的細菌載量。

　　4 H. pylori與SMO

　　精胺氧化酶(spermine oxidase, SMO)是一種可誘導性表達的多胺降解代謝酶，它特異性催化精胺降解，將其逆轉化為精脒，同時產生具有細胞毒性的H2O2和氨基丙醛。SMO持續高表達所致的細胞氧化應激，將導致DNA氧化性損傷、突變慢性積累和腫瘤的發生發展[17]。

　　CagA是H. pylori合成的一種細菌毒素，它能在細菌Ⅳ型分泌系統(type Ⅳsecretion systems, T4SS)的協助下進入胃上皮細胞。入胞后，在宿主細胞酪氨酸激酶催化下，CagA發生磷酸化而被激活，活化的CagA隨后再在宿主細胞中發揮多種致病性影響[10]。Chaturvedi等[18]研究發現，H. pylori-Cag+ 菌株(CagA陽性)感染能顯著性上調胃上皮細胞中SMO的表達水平，長期慢性感染可導致 DNA氧化性損傷并誘導細胞發生凋亡，而H. pyloriCag- 菌株(CagA陰性)則無上述功能。胃上皮細胞中單獨外源性表達CagA也能增加細胞內的SMO活性，而沉默SMO表達或抑制SMO活性則能減輕H. pylori誘導的DNA損傷和阻斷細胞凋亡，這提示H. pylori誘導SMO表達與其所含的細菌毒素CagA密切相關。上調SMO表達導致H2O2積累和DNA損傷是H. pylori誘導胃上皮細胞發生凋亡的重要原因，但值得注意的是，該研究組發現，在H. pylori慢性感染的胃上皮細胞中，出現了一個有大量DNA損傷但卻能拮抗凋亡發生的細胞亞群，這可能是 DNA突變導致促凋亡基因失活或凋亡抑制基因活化所致。這是一類可能發生惡變的高危細胞，它們在增殖的過程中不斷積累更多的DNA突變，最終將導致胃癌的發生與發展[10, 18-19]。

　　除誘導SMO表達引起DNA氧化性損傷外，研究還發現H. pylori感染的胃黏膜組織細胞內，DNA 損傷的修復能力也明顯下降，錯配修復基因 MSH2、MSH6、MLH1、MSH3、PMS1和PMS2表達下調，以及脫嘌呤/脫嘧啶核酸內切酶(apurinic/ apyrimidinic endonuclease, APE-1)因乙酰化修飾而活性下降。DNA損傷修復能力的抑制將進一步加快基因突變的頻率和積累速度[20]。

　　H. pylori對胃上皮細胞中miR-124表達的抑制作用可能是H. pylori上調SMO活性的另一途徑。 Murray-Stewart等[21]對H. pylor相關胃炎組織的分析發現，炎性組織細胞內miR-124啟動子呈高甲基化狀態，并與SMO表達上調相關。miR-124是一種抑癌miRNA，在多種腫瘤細胞中該miRNA因其啟動子甲基化而表達下調。SMO是受miR-124負調控的下游靶分子，在SMO mRNA的5'-UTR內含有miR- 124識別與結合的靶序列。在胃腺癌細胞中，用 DNA甲基化酶抑制劑5-氮雜胞苷(5-azacytidine, 5-AZ)處理使miR-124表達升高或外源性高表達 miR-124能使SMO的mRNA 和蛋白質水平下調， H2O2生成減少。過表達miR-124也能阻止H. pylori 感染對SMO的誘導作用。這提示miR-124能通過抑制SMO介導的DNA損傷而對H. pylori誘導的胃癌取到防護作用。目前尚不明確的是，H. pylori感染所致的miR-124啟動子高甲基化是否也與細菌毒素 CagA的作用相關。

　　雖然上述研究提示，H. pylori對胃黏膜細胞中 SMO表達的誘導作用，是H. pylori慢性感染所致基因突變和細胞癌變的重要病理基礎。但也有研究者認為，H. pylori誘導巨噬細胞中SMO表達可增強巨噬細胞對H. pylori的免疫殺傷活性。

　　如前所述，H. pylori感染能上調巨噬細胞中 CAT2而增加細胞對L-Arg的攝取，但同時被誘導的 ARG2能競爭性消耗入胞的L-Arg而抑制NO的合成，由此抑制巨噬細胞對H. pylori的殺傷能力。 L-Arg經ARG2降解產生的鳥氨酸則進入多胺代謝途徑而升高細胞內的多胺水平。Chaturvedi等[22-23] 研究發現，精胺水平升高能抑制CAT2對L-Arg的攝取，并抑制iNOD的翻譯，由此進一步減少NO合成和抑制巨噬細胞對H. pylori的殺傷活性。但由于 H. pylori也能誘導巨噬細胞中SMO高表達，后者通過降解精胺而使其細胞內含量下降，由此解除精胺對L-Arg攝取和NO合成的抑制，從而部分恢復巨噬細胞對H. pylori的殺傷活性。用H. pylori處理 SMO表達沉默的小鼠巨噬細胞后，細胞內NO含量比同樣處理的對照細胞明顯下降。用H. pylori處理對照巨噬細胞時，細胞內精胺含量短暫上升然后迅速下降，但沉默SMO表達后，H. pylori處理使精胺上升更為明顯且持續時間更長，同時L-Arg攝取減少，巨噬細胞對H. pylori殺傷能力下降。 這些研究提示，在巨噬細胞內，SMO可能是H. pylori誘導宿主免疫反應的正性調節因子。

　　5 小結

　　H. pylori感染能誘導宿主胃黏膜上皮細胞和巨噬細胞中多胺代謝異常。特別是該菌對多胺代謝途徑中的關鍵酶ARG2、ODC和SMO的激活作用，與H. pylori的免疫逃逸，慢性炎癥維持、DNA損傷和胃癌的發生發展密切相關。由于H. pylori感染局部的微環境中多胺代謝異常對H. pylori生存和對宿主細胞本身的影響復雜多樣，在此領域的進一步深入探索，將有助于闡明H. pylori相關胃癌發生發展的分子機制，為胃癌的防治和新型藥物設計提供新的分子靶點。

　　《幽門螺桿菌相關胃癌與多胺代謝》來源：《生命的化學》2018年12期，作者：李論; 陳鵬飛; 朱俊垚; 王艷林。