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幽门螺杆菌粘附素的研究进展

来源:论文汇编 作者:自动采集 2005-1-1
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摘要: 摘要 幽门螺杆菌与胃的上皮细胞的强力粘附作用是幽门螺杆菌的粘附素与胃上皮细胞上受体相结合所致,其粘附作用的特异性提示存在着复杂的粘附素和受体系统。胃窦部幽门螺杆菌(helicobacter pylori, Hp)感染可引起许多胃十二指肠疾病,包括B型(胃窦)胃炎、消化性溃疡[1]、胃粘膜相关淋巴组织淋巴瘤(MALT)和胃癌[2,3]......



  摘要 幽门螺杆菌与胃的上皮细胞的强力粘附作用是幽门螺杆菌的粘附素与胃上皮细胞上受体相结合所致,其粘附作用的特异性提示存在着复杂的粘附素和受体系统。本文综述了有关幽门螺杆菌的理化特性、基因与受体及其致病性等研究进展。

  胃窦部幽门螺杆菌(helicobacter pylori, Hp)感染可引起许多胃十二指肠疾病,包括B型(胃窦)胃炎、消化性溃疡[1]、胃粘膜相关淋巴组织淋巴瘤(MALT)和胃癌[2,3]。组织学研究发现Hp与胃上皮细胞相连,同时在胃粘膜层也有Hp与胃上皮细胞相连,同时在胃粘膜层也有Hp存在。Hp一般大量存在于胃窦部,但也有一些粘附在十二指肠和食管的的胃组织化生部。Hp除对胃窦组织具有显著的选择性外,还对胃上皮细胞有特定的粘附作用,这说明Hp能特异地认识胃上皮细胞表面的某些部分。由于Hp的粘附同时具有组织特异性和窗主特异性,说明存在复杂的细菌粘附素[4~6]。现将近年来有关Hp粘附素的研究作一综述。

  1 粘附素的结构和理化特性

  幽门螺杆菌之所以能够在胃蠕动运送食物时不一起被驱除与Hp的粘附素和胃上皮细胞的紧密粘附有关。Hp的粘附素复杂多样,目前已有以下几种得到证实。

  1.1 纤维血凝素 Evans等[7]采用凝集反应抑制物抑制Hp的血凝活性,鉴定出一种易与N-乙酰神经氨酰乳糖结合的纤维血凝素(NLBH),即Hp粘附素(HpaA),其分子量为20kDa。成熟的HpaA蛋白有几个亲水区域,主要是18~36氨基酸残基、120~130氨基酸残基和羧基端的159~174氨基酸残基。在HpaA蛋白氨基酸序列中,KRTIQK序列中大量的Ile残基也参与了对唾液酸受体的识别。Hp粘附素HpaA蛋白是一种具有血凝活性的脂蛋白,它并不存在于外膜蛋白而存在于细胞质组分中,可识别各种动物红细胞和哺乳动物细胞表面的N-乙酰神经氨酰乳糖及胃粘膜上皮上的磷酸酰乙醇胺(PE)并与之粘附,这种粘附能被神经节苷脂GM3和硫苷脂竞争抑制,神经氨酸酶和胎球蛋白也可抑制其结合。同时,Evans等[7]对编码纤维血凝素的粘附素基因hpaA进行了克隆测序,在1.4kb的HimdⅢ-KpaⅠ的DNA片段上含有SacⅠ、BglⅡ和SmaⅠ的酶切点,并且包括了三个开放性阅读框(ORFs):ORF1、ORF2、ORF3,其中ORF2和ORF3以ATG密码子为起始点。(1)ORF1有357个碱基(1~357),可以编码15Kda的一个截短的多肽。ORF1中有几个蛋氨酸密码子,但都不在核糖体结合的SD序列位点之后。(2)ORF2有549个碱基(576~1124),可编码20kDa蛋白,即Hp粘附素(HpaA)的基因为hpaA。ORF2在核糖体结合的SD序列之后,也在距起始密码子ATG上游-35和-10bp的启动序列(TTGACAA和TGTTAT)之后。ORF2的转录终止密码子是在下游12碱基处8个bp的反向重复序列,此序列是一个可产生rho因子依赖转录终止信号的弱茎一环结构。(3)ORF3有117个碱基(1177~1353),可编码5kDa多肽。

  1.2 胞外酶S样的粘附素 Lingwood等[8]报道一种胞外酶S样的粘附素,分子量为63kDa,其N末端氨基酸序列(Med-Val-Asn-Lys-Asp-Val-Lys-X-Thr-X-Thr-X-Ala-Pha)包含一个蛋氨酸酸(Met)残基,这一序列与Hp的其他蛋白质氨基酸序列无同源性。这种粘附素具有阳离子依赖性和凝集素样活性,因此称为M选择素,它可特异地结合神经三已糖基神经酰胺(gangliotriosylceramide, gg3)、神经节四已糖基神经酰胺(gangliotetraosylceramide, Gg4)和磷脂酰乙醇胺(PE)。绿脓杆菌毒力因子——胞外酶S,是一种ADP-核糖转移酶,可与Hp的甘油脂受体特异结合,这与Hp胞外酶S,是一种ADP-核糖转移酶,可与Hp的甘油脂受体特异结合,这与Hp胞外酶S样粘附素和其脂质受体的结合相一致[9]。

  1.3 25kDa外膜蛋白Valkomen等[10]采用Western印迹法从Hp的蛋白质混合物中检测到一种25kDa具有血凝活性的Hp外膜蛋白,它能特异地结合层粘连蛋白(Lm),这种结合能被3-唾液酸乳糖完全抑制。25kDa凝集素样的粘附素与Lm的结合特异性与尿路病原性大肠杆菌和肠侵袭性大肠杆菌的菌毛与Lm的结合特异性相似。

  1.4 19.6kDa的毛样蛋白Doig等[4]通过超速离心、1.0%十二烷基硫酸钠(SDS)洗脱和Mono q阴离子交换柱层析法纯化出19.6kDa的毛样蛋白,这种粘附素具有弱血凝活性,可以与Lm发生粘附,以前研究认为毛样蛋白与Lm的结合是特异的,但后来的研究表明这种蛋白实际上是一种胞质内的铁结合蛋白,通过非特异的亲水作用与Lm结合。19.6kDa毛样蛋白在电镜下可形成无定形的聚集,此聚集类似于附着在细菌表面的物质,但在形态上有别于纤毛。氨基酸分析表明19.6Dda的毛样蛋白前28个氨基酸中的10氨基末端残基序列同源于霍乱弧菌的TcpA毛发蛋白。

  1.5 16kDa外膜蛋白 Namavar等[11]发现了另一种粘附——16kDa外膜蛋白,它可与唾液酸粘蛋白上的硫酸寡糖结构如硫基Lewis(a)、硫基半乳糖和硫基N-乙酰氨基葡糖进行结合。16kDa粘附素的氨基酸序列分析表明它为Hp的嗜中性粒细胞活化蛋白(NAP),其末端氨基酸为蛋氨酸。NAP是一种细菌铁蛋白型蛋白质,其基因(nap)可在所有菌株中检测到。NAP可选择性地与中性细胞酸性鞘糖脂的四种组分结合,从而调节中性粒细胞的功能。此外,这种粘附素还可以与Lewis x血型抗原进行结合。

  2 粘附素的受体

  hp对胃上皮细胞的强有力的粘附作用是幽门螺杆菌的粘附素与胃上皮细胞上受体相结合所致。其粘附作用的特异性提示存在的复杂的粘附素受体系统。Hp可以与表达在糖蛋白和糖脂上的硫酸酯寡糖、磷脂酰乙醇胺(PE)和岩藻糖基的血型寡糖Lewis(b)等受体结合[7],此外,还可与基底膜上的组分如层粘连蛋白(Lm)、Ⅳ型胶原和粘液结合[12]。其中,PE是胃粘膜上皮细胞上的表面成分,它与红细胞上的PE在脂肪酸组成上相一致,可以作为Hp的纤维血凝集、胞外酶S样分子和16kDa表面蛋白粘附素的受体。Hp上不同的粘附素有着不同的粘附素受体。如胞外酶S样粘附素可与神经节苷酶GM3、硫苷脂和PE受体结合[8],而25kDa的外膜蛋白是维持胃上皮完整性的重要组分之一,Hp与Lm的结合具有迅速、特异、部分可逆、高度亲和及对pH不敏感等特点[10]。Lm的糖基化,尤其是唾液酸化,对Hp-Lm的结合极为重要。Hp与Lm特异的结合位点位于Lm糖链结构的三糖区域,特别是N-乙酰神经氨酰乳糖。在这些上皮细胞受体中还包括岩藻糖基血型抗原Lewis(b),而在一般人群中大约80%的人在胃液和唾液中含有针对Lewis(b)血型抗原的血型物质(血型抗体),这些血型物质在胃中会与胃粘膜上的Hp粘附素受体—— lewis(b)血型抗原结合,竞争性地减少细菌的粘附。Namavar[11]报道16kDa的表面蛋白粘附素,可粘附唾液蛋白上的硫酸酯寡糖结构,如磺基-Lewis(a)、磺基半乳糖和磺基N-乙酰氨酰葡糖,而唾液酸化的Lewis(a)和Lewis(b)抗原与Hp的结合能力较弱。

  3 粘附素的致病性

  一般在粘膜表面的常居菌为非致病性的,胃内的pH值可低于2,并且胃蠕动的推进作用也不利于一般细菌在胃粘膜表面停留。但是幽门螺杆菌则能在人体胃粘膜表面寄生,并能陪伴宿主终生,引起寄居部位各种不同程度的病理变化,微绒毛消失,细胞骨架发生改变等,并且Hp可紧密聚集在细胞连接处,显微镜下可见细胞间常出现明显的穿透及胃上皮细胞间的粘附减弱,同时在胃粘膜深部发现的Hp的抗原如尿素酶,使上皮细胞的紧密连接被破坏,因而可能发生渗漏[10]。Trust和Slominany等[13]发现Hp与基底膜层粘连蛋白有高度的亲和性并推论二者的结合可造成组织细胞完整性受损,尤其在细胞连接处。Slominany发现上皮细胞上的特异性层粘连蛋白受体与层粘连蛋白的粘附作用可被Hp的LPS所阻止。Hp可产生各种粘附素,粘附素的多样性说明Hp的粘附是一个多步骤的过程[12],不同的阶段涉及不同的粘附和识别作用。Hp定植于胃粘膜细胞,首先是特异的粘附素识别粘液层上的受体和上皮细胞上的的表面受体,然后Hp再与基底膜的层粘连蛋白结合。Hp粘附于胃粘膜之后释放大量毒性的细菌产物而促使上皮细胞发生退行性变化,这可能显露层粘连蛋白和胞外基质成分,Hp与之结合后便在慢性炎症组织中存活下来。此外Hp与高分子量的唾液酸粘蛋白中的硫酸酯聚的结合在胃液低pH条件下可以得到加强,这使Hp更加牢固地粘附于胃粘膜上皮细胞,为Hp定值后各种毒力因子的释放创造了条件。

  4 展望

  对Hp粘附素虽已进行了大量研究,但有关粘附素的基因及粘附机制方面仍不够清楚,在这方面的进一步探索将有助于对Hp致病机理的深刻理解,同时也可为Hp预防和治疗提供思路。

  参考文献

  1 Van der Linden B. Curr Opin Infect Dis, 1994;7:577-581

  2 Wotherspoon AC, Doglioni C, Diss TC, et al. Lancet, 1993;83:575-577

  3 Tallley NJ, Zinseimer AR, Weaver A, et al. J Natl Cancer Inst, 1991;83:1734-1739

  4 Kobayashi y, Okazaki KL, Murakami K. Infect Immun, 1993;64:4058-4063

  5 范学工,夏华向。幽门螺杆菌感染——基础与临床。第1版,湖南科学技术出版社,1997;7-37

  6 Slomiany BL, Slomiany A. J Clin Gastroeterol, 1992;14(suppl.1):S114-S121

  7 Evans DG, Karjalainen TK, Evans DJ Jr, et al. J Bacteriol, 1993;175(3):647-683

  8 Ligwood CA, Wasfy G, Han H, et al. Infect Immun, 1993;61(6):2474-2478

  9 Ligwood CA, Huesca M, Kuskis A. Infect Immun, 1992;60(6):2470-2474

  10 Valkonen KH, Wadstrom T, Moran AP. Infect Immun, 1997;65(3):916-923

  11 Namavar F, Sparrius M, Veerman EC, et al. Infect Immun, 1998;66(2):444-447

  12 Valkonen KH, Wadstrom T, Moran AP. Infect Immun, 1994;62(9):3640-3648

  13 Mai UE, Perez GI, Wah1 LM, et al. J Clin Invest, 1991;87:894-900

  14 Doig P, Aqustin JW, Kostrzynska M, et al. J Bacteriol, 1992;174(8):2539-2547

 


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