幽门螺杆菌vacA基因分型与毒素活性关系的研究进展

　　 摘要 vacA基因编码 vacA毒素， vacA毒素是幽门螺杆菌产生的重要毒力因子，使细胞发生空泡变性， vacA基因信号序列和中区序列的不同可在各菌株间表现为五种不同的基因表现型，各型与毒素的活性关系密切，主要是由于不同细胞表面有针对毒素的各型特异性受体， vacA毒素显示了两个不同的受体结合点。 vacA毒素只有同细胞粘附、被细胞内化才能产生空泡毒作用。

　　幽门螺杆菌（ hp）与慢性胃炎、消化性溃疡、胃癌及胃恶性淋巴瘤的发生发展有密切关系[1]。发展中国家人群中60%～80%有 hp感觉。对 hp的致病机制，国内外进行了大量研究，而研究的热点集中于 vacA、 cagA这两个重要的致病基因。60%Hp菌株含有 cagA基因， cagA基因表达分子量为120～140kD的细胞毒相关抗原 cagA，以往认为 cagA蛋白调控 vacA基因表达活性[2]。但 tumutu的突变实验证明， cagA存在与否，不影响 vacA基因的表达活性， cagA在结构、功能上是独立的，是独立的致病因素[3]。 vacA基因存在于所有的 hp菌株的基因组中[4，5]，其核酸序列已被测出， vacA基因的表达产物为能使上皮细胞产生空泡变性的毒蛋白，也被称为空泡毒素（ vacA）。 hp产生的140kD的 vacA前体蛋白，在 n端、 c端分别降解信号序列（ s）及跨膜输出段（ oME）后，产生约94kD的分泌活性毒素[6]，这种活性毒素可在 loop区降解而产生两个分子量分别为37kD和58kD的亚单位，一般认为，37kD亚单位为 vacA这种 aB型结构毒素的 a亚单位，是毒素亚单位，而58kD亚单位则为 b亚单位，主要是与靶细胞结合之亚单位[7]。

　　1 vacA基因分型

　　vacA基因信号序列相对保守，但其后半段的50bp变异较大。 vacA基因序列的中区（700bp）变异也较大，这种变异可能影响到 vacA蛋白功能及表达[4,8]。

　　1995年， atherton等根据信号序列（ s）及58kD区（ m区），用对 vacA基因信号序列型特异性和保守区引物及中区型特异性引物进行 pCR扩增，发现 vacA基因有三个不同信号区（ s1a、 a1b、 s2）和两个不同的中区（ ml、 m2）， m1和 m2型在中区有55%的同源性。这些等位基因有五种重组体，即： s1a/m1、 s1a/m2、 s1b/m1、 s1b/m2、 s2/m2[8]。此后，其他学者也相继在这方面进行了研究。在美国以 s1/m1、 s2/m2占优势[8]；在日本以 s1a/m1型占优势[9]；德国有一半临床株含 s1/m2[10]。近20%的 hp菌株不能通过上述常规方法对隐含的 vacA基因型的中区进行分型，而用新的一对引物进行 pCR扩增，则扩增出与 m1相似的中区型片段，命名为 mx[1],在 cristina的报道中，75%的中国人临床株为 s1/m2型[12]。各地区目前均未发现 s2/m1型。

　　2 vacA基因亚型与毒素活性的关系

　　自 atherton发现 vacA基因在不同菌株间有不同的毒素表现型以来，针对各型与毒素活性关系的研究成为 hp研究的一个热点。最初，通过 hp对 hela细胞的空泡毒作用，将 hp分为有株（ tox+株）和无毒株（ tox--株）[8],50%左右的 hp使 hela细胞发生空泡变性[13]，以 s1/m1型毒素活性最强， s1/m2型活性低或测不到活性， s2/m2型无毒素活性，并由此认为 vacA基因序列差异可能解释了一些 tox--株生物学活性的缺乏[4，8]。但 cristina用表达 s1/m1和 s1/m2的 vacA毒素分别作用于原代培养的胃上皮细胞、 rK-13（兔肾上皮细胞）、 hela细胞，发现对 hela细胞缺乏空泡毒作用的 s1/m2型，对 rK-13及胃上皮细胞均能产生空泡毒作用。且将 s1/m2型基因导入 hela细胞内后，也能产生空泡毒作用，而 s1/m1对这三种细胞均产生空泡毒作用。这与临床上 m2型在消化性溃疡有胃癌中高流行性报道相一致[12，14]。 kamiya的研究发现，12%Hp对 hela细胞有空泡毒作用，而对 rK-13产生空泡毒作用的却高达73%[15]。这表明，仅凭 hela细胞不能全面了解 vacA毒素对其他细胞（包括胃上皮细胞）的空泡毒作用，依据 vacA毒素对 hela细胞的作用而将 hp分为有毒株和无毒株是不完全的。从 hp产生的 vacA的生物学和结构数据的分析表明， vacA与双链毒素 aB家庭有相识性，毒素的一半为酶促活性部分（ a），另一半为受体粘附和转移部分（ b）。 vacA也和其他 aB毒素一样，在发挥毒素作用前，先要粘附和内化。 phadnis发现抑制 h+-ATP酶后，可抑制 tox+对细胞的空泡毒作用，同时发现 vacA蛋白的亲水侧面缺乏任何已知的膜旋转区，从而否定了以前推测的毒素通过穿越细胞膜和产生通道而致空泡毒作用[5，13]。 garner的研究发现， vacA毒素能被粘附到靶细胞，并被靶细胞内化，在细胞内表达而产生空泡作用[16]。两型毒素（ m1、 m2）与细胞的粘附区是不同的，而由于两型蛋白的主要区别在序列的中区，可见中区是粘附的主要因素；同时也说明， vacA型别不同的 hp对细胞产生的毒素活性主要信赖于不同的细胞受体的粘附。 rK-13和人胃上皮细胞表达 m1和 m2受体，而 hela细胞仅表达 m1受体， vacA毒素的每一型均有相应的受体存在。 yahiro等已鉴定出一个潜在的140kD膜相关蛋白的受体[17]。

　　综上所述， m1型和 m2型对细胞均有空泡毒作用，只是由于不同的细胞有不同受体，而使其有不同表现，这与流行病学资料相一致。 vacA毒素的中区表现型决定了与不同细胞特异性受体的结合，从而产生空泡毒作用。空泡毒素是显示两个不同受体结合点的细菌毒素。从基因表型水平进一步了解 vacA毒素活性能更全面地反映 hp设计和研究。晚近有文献报道， hp及其毒素抑制表皮生长因子（ eGF）与其受体（ eGFr,PTK）的结合，从而引起酪氨酸磷酸化，扰乱了上皮细胞的信号传导，使上皮损伤[18，19]。 eGFr是否亦为 vacA毒素的受体， vacA毒素与其受体结合后的后续过程如何，亦需进一步研究。

　　参考文献

　　1 Asaka M et al.Cancer,1994;73:2691～2694

　　2 Covacci A et al.Proc Natl Acad Sci USA,1993;90:5791～5795

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　　4 Cover TL et al.J Biol Chem,1994;269:10556～10573

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　　6 Teldord JL et al.J Exp Med,1994;179:420～460

　　7 Cover TL.Trends Microbiol,1998;6:127～128

　　8 Atherton JC et al.J Biol Chem,1995;270:17771～17777

　　9 Yoshiyuki I et al.J Clin Microbiol,1997;35:1710～1714

　　10 Rudi j et al.J Clin Microbiol,1998;36:944～948

　　11 Sonja S et al.J Clin Microbiol,1998;36:1285～1289

　　12 Cristina P et al.Proc Natl Acad Sci USA,1998;95:10212～10217

　　13 Cover TL et al.J Biol Chem,1992;267:10570～10575

　　14 Go MF et al.Scand J Gastroenterol,1998;33:132～136

　　15 Kamiya S et al.Eur J Gastroenterol Hepatol,1994,6:S23～ s27

　　16 Garner JA et al.Infect Immun,1996;64:4197～4203

　　17 Yahiro K et al.BBRC,1997;238:629～632

　　18 Segal ED et al.Proc Natl Acad Sci USA,1997;94:7595～7599

　　19 Ding SZ et al.Biochem Biophys Res Commun,1997;240:561～565