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幽门螺杆菌感染诱导胃上皮细胞白介素-8表达的机制

来源:论文汇编
摘要: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......

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  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HpⅠ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Ⅰ型Hp菌株相反,HpⅡ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HpⅠ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,Ⅰ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Ⅰ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]。

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作者: 自动采集 2005-1-1
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