幽门螺杆菌感染诱导胃上皮细胞白介素-8表达的机制

幽门螺杆菌感染诱导胃上皮细胞白介素-8表达的机制 -8 www.puson.com 刘烔综述 许国铭 李兆申审校 2004-8-4 17:12:00 国外医学消化系疾病学 分册1999年第19卷第1期 关键词： 白介素-8 幽门螺杆菌 作用机制 摘要 幽门螺杆菌（Hp）在胃十二指肠疾病发生发展中的作用机制是目前研究热点之一。Hp诱导产生的白介素-8（IL-8）作为第二信使致粒细胞在局部的聚集是 其引起炎症反应以及进一步病理损害的重要途径。本文就Hp及其相关成分诱导IL-8的产生及其机制的研究进展作 一简要概述。 幽门螺杆菌（Hp）自1983年被发现以来，作为慢性胃炎、胃十二指肠溃疡、胃癌、胃B细胞淋巴瘤等疾病发生发展的重要致病因素，其致病作用已 被广泛确认[1]。炎症反应是Hp感染致病的重要机制之一，起第二信使作用的IL-8诱导粒细胞聚集是非侵入性细菌Hp引起胃炎发生的关键因素。本文就 Hp感染诱导IL-8的产生及机制的研究进展作一综述。 1白细胞介素-8 iL-8为一种多源性细胞因子，可由单核细胞、巨噬细胞、成纤维细胞、软骨细胞、血管 内皮细胞、T淋巴细胞等体内多种细胞在IL-1、肿瘤坏死 因子（TNF）-α、植物血凝素（PHA）、脂多糖（LPS）和刀豆球蛋白（ConA）等诱导剂作用下合成与释放。IL-8对中性粒细胞具有强大的趋化和 激活作用，中性粒细胞、T淋巴细胞以及嗜碱性粒细胞表面均分布有IL-8的特异性受体，因此IL-8对T淋巴细胞以及嗜碱性粒细胞也有刺激、活化作用。 IL-8以72个氨基酸残基组成的多肽作为主要成熟分子形式，另外还有77、69个氨基酸残基等组成形式。单核 细胞主要产生72肽链，内皮细胞主要产生 77肽链。IL-8与细胞表面特异性受体结合，通过 与受体偶联的GTP结合蛋白亚单位的转导，激活磷脂酶C，使磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸分解为二酰基甘 油（DAG）与三磷酸肌醇（IP3），DAG激活蛋白激酶C，IP3可使细胞膜内贮存的Ca2+释放到细胞质中，从而发挥包括使中性粒细胞外形改变、促进 PMN脱颗粒、激活PMN并使其产生呼吸爆发、释放溶酶体酶和过氧化物（O2、H2O2）等一系列致炎过程的生物学 作用[2]。另外，IL-8还能增强中 性粒细胞表面CD11-CD18整合素异源二聚体与血管内细胞 表面的细胞间粘附分子-1（ICAM-1）的表达，从而增强中性粒细胞在血管内附壁及向炎症 局部的移行作用[3]。 2 IL-8的产生 2.1 IL-8的产生与Hp的VacA和CagA 在Hp cagA蛋白和VacA毒素对胃粘膜上皮IL-8分泌的影响研究中显示，表达CagA和VacA的Hp?型菌株（VacA+、CagA+），直接刺激胃上 皮细胞系中IL-8 mRNA的表达及IL-8蛋白的分泌，该菌侏对结肠上皮细胞中IL-8的表达无刺激作用。与?型Hp菌株相反，Hp?型菌株（VacA-、CagA-）对 胃上皮细胞分泌IL-8的刺激作用非常小。通过对表型变异株的 研究显示，VacA+、CagA-菌株对胃上皮细胞分泌IL-8无刺激作用，而VacA-、 CagA+菌株能显著增加胃上皮细胞对IL-8分泌的诱导作用。表明诱导上皮细胞分泌IL-8与细胞的VacA毒素无关。虽然该结果显示，诱导IL-8表 达的增加与CagA表达密切相关，但进一步对CagA表达阴性的同源突变株研究证实，CagA蛋白并不能直接诱导IL-8的表达，提示Hp?型菌株中与， CagA共表达的基因产物是诱导胃粘膜上皮表达IL-8的主要因素[4]。 2.2 IL-8的产生与Hp粘附能力 体外进一步研究发现，只有活的细菌能诱导IL-8的分泌，并且Hp与上皮细胞直接接触是 诱导上皮细胞IL-8分泌的一个先决条件。热失活、超 声、化学、蛋白酶灭活的Hp、Hp培养的上清液及与上皮细胞用滤过膜隔离的活Hp均不能诱导上皮细胞产生IL-8[5,6]。与热失活、蛋白酶灭活损伤细 胞壁而使Hp丧失粘附活性不同，用叠氮钠处理细胞仅使细菌的代谢失活 而不溶解细菌胞体，即细菌的粘附能力依然存在，此代谢失活的细菌与上皮细胞作用诱导 IL-8分泌的强度与活Hp的诱导作用相同，由此表明，诱导IL-8分泌并不完全依靠活的细菌及 Hp活跃的代谢活动。完整的细胞膜结构和以特殊聚合方式存 在于细菌表面的蛋白是诱导上 皮细胞表达IL-8的主要因素。分离出的Hp蛋白，其分子结构的复杂性及聚合状态已明显改变， 所以不能诱导上皮细胞分泌IL- 8[5]。此结果也支持粘附是由不同的粘附因子与胃组织上不 同位点相互作用的多步骤过程[7]，从而也表明Hp的粘附是诱导上皮细胞分泌IL-8必不可少 的一个过程。也有研究提出，Hp诱导上皮细胞IL-8的分泌存在受体-配体模式相互作用，结 论尚需进一步实验证实[8]。 2.3 IL-8与Hp细菌成分 作为中性粒细胞的趋化及活化因子，IL-8被认为是涉及Hp感染、导致胃粘膜炎症反应的 第二信使，在Hp致病中起重要的中介作用。但Hp表面的 何种成分在诱导IL-8的表达中起主要作用仍是目前有关Hp致病机制研究的主要问题，Rieder等人的研究显示，尿素酶、GroEL、FlaAB、 cagA、vacA、Hp膜蛋白和Hp的水溶性蛋白及更高浓度的外膜蛋白均不能诱导胃上 皮细胞分泌IL-8[5]。同样纯化的Hp lPS无诱导胃上皮细胞分泌IL-8的作用。尿素酶阳性突变、 非活动性鞭毛（FlgE）突变，以及脂蛋白（Lpp20）突变的Hp菌株诱导胃上皮细胞分泌 IL-8的作用与非突变的Hp无明显差别[9,10]，表明上述Hp成分均不涉及诱导胃上皮细胞IL-8的分泌。新近研究发现，?型Hp染色体上有一内含 编码疾病相关毒力因子，被称为cag致病岛（pathogenicity island PAI）的、约40kb的DNA插入片段，其中cagE、cagG、cagH、cagI、cagL和cagM等不同基因的插入突变，均导致Hp菌株诱导胃 上皮细胞IL-8产生能力的丧失。cagN突变对Hp诱导IL-8的作用无影响，而cagPAI中的上述突变对Hp的粘附能力无明显影响[11]。 picB基因存在于Hp cag PAI中，位于cagA基因上游约4kb的编码区，体外研究发现其picB-突变株不能诱导胃上皮细胞IL-8的表达，表明picB基因的产物涉及诱导 IL-8的分泌[12]。另外，与胃上皮细胞接触后诱导表达的?型Hp iceA等位基因与粘膜IL-8水平增加有关[13]。表明Hp cag pAI中编码膜蛋白或膜相关成分的基因产物参与诱导胃上皮细胞产生IL-8的作用机制。 3 IL-8产生的分子机制 3.1信号转号 IL-8的产生在Hp感染的胃粘膜炎症的致病机制中占有重要地位，关于Hp粘附如何能转化为IL-8信号的问题，Hp必须与胃上皮细胞直接接触 才能诱导IL-8分泌的事实说明，Hp表面的特殊结构与暴露于上皮细胞外的膜成分，如糖蛋白的相互作用而起动信号转导。Beales等研究蛋白激酶A （PKA）、蛋白激酶C（PKC）、蛋白酪氨酸激酶（PTK）及细胞内钙在诱导胃上皮细胞IL-8产生中的地位显示，Hp、TNF-α、IL-8β均能刺 激胃上皮细胞产生IL-8，而且呈剂量依赖性。PTK抑制剂herbimycinA和genistein明显抑制Hp、TNF-α、IL-1β对IL-8 的促分泌作用。PKC激活剂也能有效刺激IL-8的产生，该作用可被PKC耗竭及PKC抑制剂阻断，但PKC的抑制剂并不能阻断Hp及细胞因子刺激IL- 8的产生，PKA的激活剂及抑制剂对IL-8的产生均无影响。钙离子载体A23187对刺激IL-8分泌的作用很微弱，而且依赖于PKC。由此表明胃上皮 细胞IL-8的产生有赖于PTK、PKC的信号转导通路，Hp、TNF-1β、IL-1α的刺激作用需要PTK的存在[14]。Segal等在Hp诱导宿 主细胞信号转导通路的研究中发现，Hp粘附于培养的胃上皮细胞后引发一系列的细胞改变，包括细胞内145kDa蛋白的酪氨酸磷酸化， Hp粘附的胃上皮细胞 内邻近的肌动蛋白及相关蛋白的重排，随后是IL-8的释放。从溃疡病 及胃癌患者体内分离到的Hp含有一个DNA插入片段，即cagPAI，cagPAI不 存在于症状Hp感染者的分离菌株。数个PAI基因分别突变将导致Hp对胃上皮细胞内酪氨酸磷酸化及IL-8的合成分泌作用的失败，但对上皮细胞内细胞骨架 重排的作用依然存在[11]。在胃上皮细胞对Hp反应的信号转导的研究中，激酶抑制剂staurosporine与genistein对细胞反应有不同的 影响，staurosporine并不抑制145kDa蛋白的磷酸化，但抑制IL-8的诱导产生；Genistein既抑制145kDa蛋白的磷酸化，也 抑制IL-8的诱导。Staurosporine的抑制对象包括Ca2+/钙调蛋白激酶、PKC、PKA、肌浆球蛋白轻链激酶和蛋白激酶G（PKG）。 Genistein抑制PTK（包括表皮生长因子受体）、PKA、PKC，另外分别用PKA、PKC、PKG的特异性抑制剂观察HP对细胞的影响发现， PKG—丝/苏氨酸激酶，是导致IL-8产生及145kDa蛋白酪氨酸磷酸化的信号 转导途径中的一部分，提示Hp刺激IL-8分泌的信号转导有两条不同的 途径，其中一条途径与酪氨酸磷酸化通路无关[11]。 3.2 NF-kB（NF-KappaB） NF- kB是IL-8基因转录的一个主要调节因子，由一个p50和一个p65亚单位组成异源二聚体（也存在同源二聚体及其他异源二聚体复合物形式）。NF-kB 活化前存在于胞浆中，必须 被激活并移位于胞核中起作用。体外研究显示，胃上皮细胞IL-8的表达主要通过TNF-α激活的NF-kB在转录水平上进行调 节，活化的NF-kB结合于IL-8基因第一外显子上游70~80bp的NF-kB特异性结合位点。NF-kB的活化形式对启动IL-8基因转录是必不可 少的，而Hp与胃上皮细胞的直接接触就能活化NF-kB。另外，许多因素可以诱导NF-kB的活化，这些因素包括细菌、病毒等病原体、免疫介质、自由基 等。表明NF-kB可能是Hp感染相关胃炎的一个传导信号，即将主要发生于细胞外的Hp粘附活动信号转换到转录水平，诱导活化及趋化因 子IL-8的表达 [5]。Keates等人进行有关Hp诱导胃上皮细胞IL-8表达分子机制的体外研究， 结果显示：Hp感染激活转录因子NF-kB并诱导NF- kBp50/p65二聚体由细胞浆向胞核移位。 Hp与胃上皮细胞作用30分钟后出现NF-kB的核移位，1个小时后出现IL-8 mRNA水平增加，4小时后出现IL-8蛋白表达水平增加。该结果与NF-kB上调IL-8基因转录的作用一致。NF-kB活化的阻滞剂PDTC（四氢化 吡咯二硫代氨基甲酸酯）可抑制90% hp诱导的IL-8产生。另外，免疫组化结果显示，Hp感染的胃炎患者胃上皮细胞中NF-kB也被明显激活。表明Hp感染在体内及体外均能激活胃上皮细胞 NF-kB，从而启动IL-8转录、翻译，增加IL-8的表达量[15]。在IL-8基因的近5’端-133~+44bp区域含有3个与诱导IL-8表达 相关的顺式作用元件 Ap-1(-126~120bp)、NF-IL-6（-94~81bp）、NF-kB(-80~70bp)的结合位点。用含IL-8基 因该区域的片段与含有虫荧光素酶的表达载体相连，并转染胃上皮细胞，发现Hp可诱导该细胞虫荧光素酶的活性增加。证明产生IL-8的诱导作用发生在转录水 平，而NF-kB结合位点的突变导致对虫荧光素酶活性的诱导作用完全丧失。AP-1突变导致诱导作用的部分丧失，NF-IL-6突变对虫荧光素酶的活性的 诱导作用基本无影响。在Hp感染的胃上皮细胞的核蛋白抽提物 中可检测到特异性的NF-kB复合物。以上结果均表明，Hp诱导NF-kB以及Ap-1的活 化，从而导致IL-8基因的转录[16]。 参考文献 1 hunt RH. 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