Факторы патогенности хеликобактер пилори (H. pylori)

Набор факторов патогенности Н. pylori весьма выразителен, он складывается из ферментов агрессии, жгутиков, факторов ацидопротекции, адгезинов, поверхностных антигенов, индукторов воспаления, токсина. Экспрессия факторов патогенности зависит как от условий окружающей среды, в первую очередь, от ее кислотности, так и от фазы развития патологического процесса. Отдельные факторы патогенности выполняют по две и более сочетанные функции — активную локомоцию и адгезию, ацидопротекцию, индукцию воспаления и токсическое воздействие.

а) Жгутики. Молекулярная структура жгутика Н. pylori напоминает таковую прочих жгутиконосных бактерий: основная филамента, состоящая из упорядоченно расположенных субъединиц белка флагеллина, соединена крючком со стержневидным базальным телом, посредством трех колец фиксированном в толще наружной мембраны, пептидогликана и цитоплазматической мембраны.

Хотя в процессе вращения пучок переплетенных между собой жгутиков функционирует как единое целое, вращение каждого отдельного жгутика обеспечивается индивидуально так называемым жгутиковым мотором — расположенным у основания жгутика субмембранным ферментным комплексом.

От жгутиков бактерий иных родов жгутики Н. pylori отличаются наличием защитного чехла и колбовидного утолщения, венчающего их дистальный конец. Чехол жгутика, являющийся продолжением наружной мембраны бактериальной клетки, отличается наличием ацидорезистентных липидов и сохраняет отдельные структурные компоненты наружной мембраны, в первую очередь, липополисахарид.

Синтез в цитозоле белковых субъединиц жгутика, их экспорт на поверхность бактериальной клетки, сборка структурно и функционально полноценной органеллы представляют собой сложный стадийный процесс, контролирующийся почти четырьмя десятками генов, экспрессия которых усиливается, в частности при низких значениях pH окружающей среды.

Жгутики являются фактором патогенности, чьи патогенные свойства реализуются тотчас же по попадании бактериальных клеток в просвет желудка. Описанные выше структурные и функциональные особенности жгутикового пучка позволяют клеткам не только преодолевать толщу желудочного содержимого и достигать поверхности эпителиального пласта в относительно короткие сроки, но и противостоять желудочной перистальтике.

б) Ферменты агрессии. Упоминавшиеся выше ферменты Н. pylori обладают выраженным патогенным потенциалом: одни выполняют деструктурирующую фукцию, другие способствуют образованию токсических продуктов. Так, муциназа деполимеризует муцин желудочной слизи, разнообразные протеазы гидролизуют пепсин, фосфолипазы А1, А2 и С дезинтегрируют фосфолипиды апикальных мембран эпите-лиоцитов с образованием токсичного лизолецитина и освобождением биологически активных веществ, алкоголь-дегидрогеназа обусловливает образование токсичного ацетальдегида, уреаза — токсичного иона аммония.

Факторы ацидопротекции. Важнейшим, хотя и не единственным, фактором ацидопротекции, является уреаза, локализующаяся в цитозоле, в периплазматическом пространстве и в наружной мембране бактериальных клеток. Фермент представляет собой мультимерный белок массой 550 кД, состоящий из шести пар структурных субъединиц — UreA и UreB. Каждая субъединица UreB содержит в своем активном центре по два иона никеля Ni2+ в качестве кофактора. Уреаза катализирует гидролиз мочевины до аммония и углекислоты, сопровождающийся весьма значительным защелачиванием окружающей среды: pH ее возрастает в среднем с 2 до 6.

Помимо уреазы, ацидопротекцию обеспечивают белки наружной мембраны, экспрессия которых усиливается при низких значениях pH, а также ЛПС, молекулярная структура которого также подвержена влиянию pH: в кислой среде экспрессируется более резистентная к действию кислоты конфигурация. Наконец, Н. pylori способен к продукции белка, ингибирующего выработку хлористоводородной кислоты париетальными клетками ямочного эпителия желудка.

в) Белки наружной мембраны. В состав наружной мембраны входят не менее сорока структурных белков, составляющих так называемое семейство белков наружной мембраны. Важнейшей их особенностью является то, что значительная часть молекулы оказывается выступающей за пределы мембраны, способствуя тем самым возникновению контакта с теми или иными окружающими бактериальную клетку объектами — метаболитами, сигнальными молекулами, поверхностными структурами эпителиальных клеток.

К числу белков наружной мембраны относятся в частности упоминавшиеся выше порины — белки, формирующие поры, и шапероны двух типов — Hsp60 и Hsp70 — белки, выполняющие вспомогательные, но незаменимые функции, например, связывание ионов никеля, предшествующее включению последнего в молекулу уреазы. Уровень содержания шаперонов в бактериальной клетке возрастает при стрессах различного рода, в частности при возрастании температуры окружающей среды, за что они получили название белков теплового шока. Шапероны являются эволюционно древними белками, вследствие чего у бактерий различных видов они отличаются высокой степенью гомологии не только между собой, но и с аналогичными белками цитоплазматических мембран эукариотических клеток.

Отдельные белки наружной мембраны обладают свойствами адгезинов, т.е. способностью к специфическому высокоаффинному связыванию с рецепторами — разнообразными по своей природе соединениями гомологичной им структуры. Белки подобного типа рассматриваются в соответствующем разделе.

г) Прочие белки наружной мембраны. К числу белков наружной мембраны относится и так называемый NapA-белок, способный активизировать фагоцитарную активность нейтрофилов. При этом NapA-белок является типичным бактериоферритином — белком, способным связывать одной своей молекулой до 40 атомов экзогенного железа, нейтрализуя тем самым его бактерицидное действие. Кроме того, описан белок, активирующий макрофаги (НР-МР1) — индуцирующий выброс ими разнообразных медиаторов воспаления. Оба белка изучены весьма слабо, однако их участие в индукции воспалительной реакции вполне очевидно.

д) Адгезины. H.pylori обладает широким набором адгезинов, взаимодействующих с рецепторами апикальных мембран эпителиоцитов и молекулами межклеточного матрикса, что способствует избирательному прикреплению бактериальных клеток к клеткам поверхностного эпителия желудка. Большинство адгезинов относится к классу лектинов — белков, способных специфически связываться с определенными олигосахаридными последовательностями, входящими в состав молекул тех или иных веществ, в частности, гликопротеинов. Так, входящие в число наиболее значимых адгезины BabA и BabB в качестве своего рецептора используют так называемый Lewisb-антиген — гликопротеин с терминально расположенными молекулами фукозы, экспрессирующийся на поверхности апикальных мембран клеток поверхностного эпителия желудка (а также эукариотических клеток иных типов, в первую очередь, эритроцитов).

Другой адгезии НраА, входящий, в частности, в состав чехла жгутика, взаимодействует с терминально расположенными молекулами сиаловой кислоты, входящей в состав огромного числа биологически значимых веществ — ганглиозидов апикальных мембран эпителиоцитов, муцина, молекул межклеточного матрикса — ламинина, витронектина, гепарансульфата, коллагена типа IV. Описаны также адгезины AlpA и AlpB, рецепторы к которым остаются неизвестными. В общей сложности описано более двадцати адгезинов Н. pylori, многие из которых не имеют специального названия и характеризуются лишь значениями молекулярных масс — от 19,6 до 64 кД; большинство из них отличается сродством к сиаловой кислоте.

Адгезивной активностью обладает также и ЛИС, рассматривающийся отдельно.

е) Липополисахарид (ЛПС). Как всякая грамотрицательная бактерия, Н. pylori обладает ЛПС — компонентом наружной мембраны, относящимся к классу фосфорилированных гликолипидов. Молекула ЛПС состоит из трех следующих друг за другом доменов: заякоренного во внешний слой наружной мембраны токсичного липида А и выдающихся за пределы бактериальной клетки сердцевины и О-специфической цепи. Липид А, состав которого характерен для вида в целом, состоит из дисахарида глюкозамина и связанных с ним остатков четырех жирных кислот. Сердцевина ЛПС состоит из олигосахарида — гомополимера 10-15 остатков гексоз; состав их варьирует в некоторых пределах от штамма к штамму. Наконец, О-специфическую цепь ЛПС составляют повторяющиеся субъединицы — гетерополимерные олигосахариды, вариации которых открывают широкие возможности для формирования штаммовых различий. Поскольку О-специфические цепи обладают антигенной специфичностью, упомянутые штаммовые различия представляют собой, в первую очередь, различия антигенные.

ЛПС Н. pylori способен выполнять функции адгезина: связываться терминальными остатками О-специфических цепей с молекулами муцина, а олигосахаридом сердцевины — с ламинином межклеточного матрикса. Отличительной и чрезвычайно важной в патогенетическом отношении характеристикой Н. pylori является его способность изменять олигосахаридный состав О-специфических цепей своего ЛПС таким образом, что он становится идентичным строению Lewisx- и Lewisy-анти-генов эукариотических клеток, т.е. мимикрирует под них, обеспечивая тем самым формирование одного из механизмов иммунного уклонения.

ЛПС грамотрицателытых бактерий обладает пирогенностью и летальной токсичностью, выраженной у разных их видов в различной степени в зависимости от химического состава каждого из доменов. У H. pylori упомянутые свойства проявляются в минимальной степени: его ЛПС в 1000 раз менее токсичен, нежели ЛПС бактерий рода Salmonella.

ж) Вакуолизирующий цитотоксин. H. pylori обладает способностью к продукции уникального экзотоксина, оказывающего специфическое повреждающее действие на эпителиоциты желудка — формирование в их цитозоле крупных вакуолей. Вакуолизирующий цитотоксин VacA синтезируется в цитозоле бактериальных клеток в виде белка массой 140 кД, состоящего из трех фрагментов. В процессе секреции в окружающую среду вакуолизирующий токсин утрачивает два вспомогательных фрагмента и трансформируется в активную токсическую форму молекулярной массой 95 кД. Шесть или семь копий 95-кД VacA при нейтральных значениях pH ассоциируют в неактивную четвертичную олигомерную структуру, диссоциирующую в обратном направлении на мономеры при pH — 3.

Мономер 95-кД VacA обладает всеми характеристиками токсина АВ-типа: состоит из двух субъединиц, одна из которых (А), массой 37 кД, обладает собственно токсичностью, вторая же (В), массой 58 кД, выступает в качестве связующего звена с цитоплазматической мембраной эпителиоцита. Последняя связывает В-субъеди-ницу VacA своим рецептором с эпидермальным фактором роста (EGF) — широко распространенным цитокином, регулирующим пролиферацию клеток эпителия желудка. В результате такого связывания в толще цитоплазматической мембраны формируется пора, сквозь которую субъединица А и проникает в цитозоль эпителиоцита.

Субъединица A VacA активирует систему тирозин-киназы клетки хозяина — комплекса ферментов, в свою очередь, активирующих разнообразные метаболические пути. В данном случае речь идет о локализующейся на мембранах эндоплазматического ретикулума аденозинтрифосфотазе (АТФазе) V-типа, способной формировать вакуоли с кислым содержимым, отделяющиеся от материнских мембран ретикулума. Мелкие вакуоли способны к слиянию друг с другом с образованием более крупных, подчас занимающих более половины объема цитозоля.

Хотя ген vacA, детерминирующий структуру апоферментной формы токсина массой 140 кД, имеют все без исключения штаммы Н. pylori, способностью к активной секреции указанного токсина обладают в среднем около половины их. Такой фенотип обозначается как tox+, а штаммы, им обладающие, относятся к типу I штаммов Н. pylori. Именно такие штаммы достоверно чаще ассоциируются с язвенной болезнью, дистальным раком и MALT-лимфомой желудка, тогда как нетокси-генные штаммы типа II с фенотипом tox чаще встречаются при хроническом гастрите.

Различия в способности к активной секреции токсина связывают с различными аллелями гена vacA. Так, штаммы H.pylori, несущие аллели si/ml гена vacA являются активно секретирующими вакуолизирующий цитотоксин, чего нельзя сказать о штаммах, несущих аллели sl/m2 и s2/m2.

Наконец, способность того или иного штамма H.pylori к секреции токсина определяется его cagA-статусом, биологическая характеристика которого приводится отдельно.

з) CagA-белок и сходные с ним белки. Части штаммов Н. pylori свойственна способность к образованию белка массой 128 кД, ассоциированного с цитотоксичностью и являющегося продуктом гена cagA. Этот белок является мощным индуктором воспалительной реакции в эпителии желудка; он активизирует так называемый ядерный фактор NF-kB клеток поверхностного эпителия желудка, в свою очередь, стимулирующий образование и секрецию интерлейкина-8 (IL-8) — собственно индуктора воспаления. Проникновение интегрированного в наружную мембрану бактериальной клетки CagA-белка в цитозоль эпителиоцита обеспечивается системой секреции IV типа, весьма редко встречающегося у патогенных для человека бактерий типа секреции. Система секреции IV типа предусматривает установление прямого сообщения между цитозолем эукариотической клетки хозяина и цитозолем бактериальной.

В формировании соответствующего канала принимает участие несколько специализированных белков, и сборка его становится возможной лишь по установлении тесного контакта между клетками, в свою очередь, обеспечивающегося адгезией. Помимо CagA-белка, H.pylori способен к образованию функционально сходных с ним белков — продуктов генов iceA и picB, также являющихся индукторами воспаления.

Ген cagA, как и гены, детерминирующие строение разнообразных белков, формирующих необходимый для секреции IV типа канат, локализуются в составе описанного выше острова патогенности cag PAI, присутствующего в геноме лишь части штаммов H.pylori — около половины их. Такие штаммы обладают положительным cagA-статусом и обозначаются как cagA -штаммы; в противоположность им cagA -штаммы имеют отрицательный cagA-статус.

Интересно, что способность к активной секреции вакуолизирующего цитотоксина ассоциируется с наличием гена cagA, иными словами, с наличием острова патогенности cag PAI. Хотя молекулярные механизмы этой связи остаются неизвестными (гены vacA и cagA не являются сцепленными), фенотипу tox+, очевидно, соответствует генотип cagA+ vacA+, тогда как фенотипу tox — генотип cagA- vacA+.

и) Биологические модели инфекции. Инфекционный процесс хеликобактерной этиологии может быть с успехом смоделирован in vitro на модели культур тканей различного типа и in vivo — на животных различных видов. Среди культур тканей, пригодных для моделирования хеликобактериоза, используются линии HeLa (для оценки вакуолизирующей цитотоксической активности), Нер-2 (для оценки адгезивной и инвазивной активности), AGM (для оценки способности H.pylori индуцировать злокачественную трансформацию эпителия). Среди животных в качестве объектов моделирования хеликобактериоза используются мыши (для моделирования гастрита и аденокарциномы желудка), монгольские песчанки (для моделирования гастрита и оценки эффективности действия антибактериальных средств противохеликобактерной направленности), морские свинки (для оценки эффективности противохеликобактерных вакцин), гнотобионтные поросята-сосунки и нечеловекообразные приматы (для экспериментального изучения деталей патогенеза хеликобактериоза и терапевтической эффективности различных схем противохеликобактерной эрадикационной терапии).

- Читать далее "Патогенез инфекции хеликобактер пилори (H. pylori)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 11.1.2020

Остались вопросы или замечания?

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.