关于这些细菌在人胃疾病中可能的作用一直存在着争论。有些研究者提出人们在活检标本中所见到的这种细菌是经口吞服的污染物。这一假说1959年由于当时的一位有影响的学者palmer发表了1000例胃活检标本大量组织学研究的报告而占了优势。在此以后对胃的细菌学的兴趣被泼了一盆冷水。
随着Hp的发现,人们现在可以把这些研究放在一起得到一个清晰的认识,把胃中的Hp与尿素酶联系起来了。在这整个过程中从胃粘膜活检标本中分离Hp是一个关键因素。没有这一发现,人们对胃病的认识仍将受到限制。
1.1.2发现和命名
1.2Hp感染与上消化道疾病的关系
1.2.1Hp感染与慢性胃炎
Hp与慢性浅表性胃炎之间的病因关系已充分确立。其证据如下:①事实上所有Hp阳性者都证实有胃窦炎。②若Hp感染经抗菌治疗,Hp根除后,胃炎可消退。③在一些动物模型中,接种由患者胃中分离而得到的Hp后,可复制出慢性浅表性胃炎的病损。④Marshall和Morris,分别用患者的Hp对自己作了自身感染,亦取得了同样结果。
1.2.2Hp感染与消化性溃疡
1.2.3Hp感染与非溃疡性消化不良
如果Hp感染与胃癌之间有任何病因关系,那么显然别的因素在胃癌的发生率中亦有重要作用。因此,目前尚不提倡出于预防胃癌的目的而作根除Hp的治疗。
2Hp的生物学性状
2.1Hp的形态学特征
Hp的形态学已有了充分的描述。总之,它是一种单极、多鞭毛、末端钝圆、螺旋形弯曲的细菌。(图1)长2.5~4.0μm,宽0.5~1.0μm。革兰染色阴性。有动力。在胃粘膜上皮细胞表面常呈典型的螺旋状或弧形。(图2)在固体培养基上生长时,除典型的形态外,有时可出现杆状或圆球状。
图1Hp的悬滴负染标本
透射电镜(×48000)
图2Hp藉鞭毛与部分菌体外膜粘附于胃粘膜上皮细胞表面扫描电镜(×16000)
电镜下,菌体的一端可伸出2~6条带鞘的鞭毛。在分裂时,两端均可见鞭毛。鞭毛长约为菌体1~1.5倍。粗约为30nm。鞭毛的顶端有时可见一球状物,实为鞘的延伸物。每一鞭毛根部均可见一个圆球状根基伸入菌体顶端细胞壁内侧。在其内侧尚有一电子密度降低区域。(图3)。鞭毛在运动中起推进器作用,在定居过程中起抛锚作用(图3)。
图3Hp菌体末端及鞭毛根部的超微结构
超薄切片,透射电镜(×5000)
Hp经鞣酸处理,发现其外表面被厚达40mm的糖萼(glycoculyx)所包裹。电镜下,由于其呈细丝网状,与胃上皮细胞表面连接,因此亦有人称之为纤毛或拟菌毛。它成为Hp粘附于胃上皮细胞表面的主要物质基础(图4)。Hp定居于胃上皮细胞表面,除了鞭毛和糖萼的作用以外,在电镜下,尚可见到菌体细胞壁与胃上皮细胞细胞膜表面直接相贴的现象(图5)。这种现象的机理可能与藉糖萼粘连的机理不一样。其本质及其有何特殊意义有待研究。
图4Hp藉拟菌毛粘附定居于胃上皮
细胞表面超薄切片,透射电镜(×70000)
Hp:幽门螺杆菌Ep:胃上皮细胞
图5Hp部分细胞壁与胃上皮细胞部分细胞膜直接相贴
超薄切片透射电镜(×60000)
Hp:幽门螺杆菌Ep:胃上皮细胞
培养物中的Hp,用悬滴法作电镜观察时,常见菌体外围有“炸面圈样”或“指突状”结构包裹。这些结构有何含义亦不清楚。
2.2.1Hp的生长和生存条件
有人报告Hp能在33°C~40.5°C和pH6.6~8.4条件下生长。但实际应用中仍以37°C和pH7.0~7.2为最适条件。Hp对低ph比一般细菌有较强耐受力。电镜下,甚至偶然可见Hp钻入壁细胞的分泌小管中(图7)。Clyne等认为酸对pH既有杀伤作用的一面,亦有保护作用的一面。他们把尿素酶阳性的野生株N6和尿素酶阴性的突变株分别接种在含有或没有10mmol尿素的两个pH范围从2.2到7.2的37°CPBS中,30min,然后测量CFU/ml、上清液的pH和溶液中的氨量。结果N6株在没有尿素的pH4.5~7.0的PBS中生存良好,甚至在有尿素的超始pH为3.5的溶液中亦能生存。然而野生株和突变株均不能在碱性环境中生长繁殖。存在野生株和尿素的酸性溶液的pH迅速从3.5升至8.45。尿素酶突变株在pH4.5~7.2的溶液中存活,不对尿素起反应。野生株N6暴露于氨的浓度高达80mmol仍能存活。胃的酸性环境可能对存活于尿素中的Hp有杀伤作用。但是Hp决不能存活于含有尿素的正常环境中,因为随后升高的pH的危害性远超过氨的毒性。
在血琼脂中,Hp不能在含有5%胆汁的情况下生长。但是暴露于含有5%胆汁的液体培养基中30min,只有25%的Hp被杀死。这说明Hp通过十二指肠时尚有生存的可能性。
在含有0.1%到1.5%甲基纤维素的1%蛋白胨的粘稠深液中,有周鞭毛的大肠杆菌在20CP(厘泊),即被制止运动。而Hp在10CP比1CP游动得更快,甚至在200CP的粘稠培养基中仍能游动。这可能与Hp的螺旋形特征及鞭毛的旋转推动作用有关。由此,使Hp很容易穿透胃粘膜表面的粘液层,达到胃粘膜上皮细胞表面定居。而其他细菌很难达到这一点。
2.2.2Hp的生化反应和酶
Hp对临床实验室中常用于鉴定细菌的大多数经典试验不起反应。但是有几种酶的反应是有特点的,特别是尿素酶,常用作Hp的生化鉴定。
aHp=HelicobacterpyloriWs:WollinellasuccinegenesHf=HelicobacterCj:CampylobacterjejuniHm=HelicobactermustelaeNDb:未确定
2.2.3对抗菌药物的敏感性
表2Hp对常用27种抗菌制剂的敏感性
aMIC:Minimalinhibitoryconcentration
2.2.4粘附性
2.2.5菌种保存
传统的冻干方法并不适宜于Hp的保存。有人曾用棉签沾取Hp的液态培养物冻干取得成功。但是目前置-70°C或置液氮中冷冻是常用保存方法。
2.3Hp的分子生物学特征及菌株标识
2.3.1分子生物特征
脂肪酸组成,一种细菌独特的脂肪酸组成常常与该菌的分类命名、细胞膜的生理化学特性和该菌的生物学性状有关。在早先许多学者都对Hp的脂肪酸组成作了测定。尽管测得的数值略有出入,但多数学者认为Hp经甲基化处理由气相色谱仪测得的数值表明:Hp的主要脂肪酸有十四烷酸(C14:0)、十六烷酸(C16:0)、十六碳稀酸(C16:1)、十八烷酸(C18:1)、顺式9、10亚甲基十八烷酸(C19:0cyc),但是缺少了一羟基十四烷酸(3-OH-C14:0)。
Inamoto等深入地研究了Hp的脂质和脂肪酸。他们发现Hp的脂肪主要由胆固醇酯、三油酸甘油酯、游离脂肪酸、胆固酸、二酰化甘油和一酰化甘油等简单脂质组成。且在这些脂质中均含有11-甲氧基十七烷酸(11-OMeC17:0)和11-甲氧基十九烷酸(11-OMeC19:0)两种独特脂肪酸。与BCG的耐酸性相比,两者均有耐酸性,虽程度有所不同。他们认为Hp脂质与脂肪酸的特征可能是构成Hp亦具有耐酸性和与BCG耐酸强度不同的基础。
Hg的鞭毛可将其液体培养物藉着震荡脱落下来,然后再经过梯度离心等方法使其纯化。现知鞭毛蛋白中含有57kD与56kD两种鞭毛素亚单位,它们与弯曲菌属的细菌的鞭毛素具有共同的抗原决定簇。但是56kD的鞭毛素尚具有对Hp特异的氨基酸序列结构。
至于Hp的空泡毒素,Telford根据已知Hp空泡毒素23个氨基酸组成,取其分别对应于最初和末了6个氨基酸组成的单核苷酸序列作PCR反应。并以PCR产物作探针探查Hp全菌DNA用HindIII酶切的文库,并克隆入其本质粒载体(bluescriptplasmidvector),分离到含有~3kb插入片段的克隆。随后从用EcoRI酶切的文库分离出的7kb插入片段,也覆盖HindIII克隆的120bp区段。这两个片段均含有完整的基因。此基因含有唯一的较长的开放读框,能编码1296个氨基酸,分子量为139.7kD的蛋白质。由起动子,核糖体结合部位,终端子组成。最前面的33个氨基酸似乎是细菌信号肽,提示蛋白质是藉分泌决定机制(Sec-dependentmechanism)输出的。从34~56序位是与纯化的NH2-终端编序决定的23个氨基酸是一致的。然后,他们又用基因的不同区段在大肠杆菌中表达,产生了五种融合蛋白。并用免疫印迹法最后证实94kD的融合蛋白与前述的空泡推测基因相对应。
2.3.2菌株标识
有人曾经企图对Hp进行生物学分型,但是没有获得明显的成功。尽管对蛋白质的SDS-PAGE及对全菌DNA的指纹分析会显示菌株之间的微细差异,但似乎并不实用。因为菌株与菌株之间的差异太微细、太多,难于识别。近年来在PCR反应发展的基础上出现了RAPD(RandomamplifiedpolymorphicDNA)和RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)两种识别Hp不同种株的技术,这将为Hp的流行病学调查提供一些有效的方法。
3Hp的致病与免疫性
Hp感染几乎总是与炎症反应同时并存。但是消化性溃疡与胃癌只在一小部分Hp感染者中发生。尽管国内外对Hp感染的致病机制已从临床资料及体外试验中作了大量资料积累。对它的致病机制也有了一些初步解释。但是仍然很少经过合适的动物模型的验证。因此它的确切致病机制现在仍然知道得不是很多。至于它的免疫性更是如此。
3.1Hp的致病性
下面就胃十二指肠几个与Hp感染有关的主要疾病的发生学说作一些介绍。
3.1.1胃炎的发生学说
表3Hp可能的致病因子及炎症反应
3.1.2消化性溃疡的发生学说
Hp感染明显地增加了发生十二指肠和胃溃疡的危险性。大约1/6Hp感染者可能发生消化性溃疡病。治疗Hp感染可加速溃疡的愈合和大大降低溃疡的复发率。不用抑酸剂,单用抗Hp药物治疗,表明也能有效地治愈胃和十二指肠溃疡。Hp感染已经与一些引起溃疡病的原因找到了联系。例如:胃酸增加、十二指肠胃化生、粘膜屏障性质的改变、胃窦粘膜产生炎症代谢产物等。这些患者中的发现已在动物实验中得到初步证明。实际上消化性溃疡涉及几个复杂的相互作用的机制。如细菌的毒力因素(VacA和CagA等),宿主的反应性(例:如易感性的遗传、十二指肠上皮的胃化生、粘膜屏障和炎症的相互作用、泌酸反应、神经调节作用)和环境因素(例如饮食、获得感染的年龄)的综合作用导致溃疡的最后结果。过去临床上对溃疡的发生有一句谚语,叫“noacid,noulcer”。现在,从现代理论来看,“noHp,noulcer”应得到更多地强调。
3.1.3胃癌的发生学说
胃癌是世界上肿瘤中仅次于肺癌的死亡原因。美国胃癌于1930年占肿瘤死亡原因首位。到现在已下降到较低水平(1985年为第9-10位)这一发生率的显著下降有利于研究这一疾病的致病机制.事实上,作为结果,胃癌可被认为在人类恶性病变中了解最清楚的。自从发现了Hp以后,对胃癌的发生提出了一些新的看法。
3.2Hp的免疫性
3.2.1对Hp的体液免疫反应
通常对大多数Hp感染体液免疫反应的研究只是用在诊断上。Doig等用单克隆抗体的方法描述了Hp表面暴露抗原蛋白质的性质。他们鉴定的暴露表面的抗原包括有分子量分别为80、60、51、50、48、和31kD的各种外膜蛋白质。LPS的核心区域和鞭毛外鞘也被识别为Hp抗原。50、48和31kD的是不同株所共有的,而其余的为株特异性抗原。这些抗原成分和在感染病人血清中相应的抗体可能是有用的致病性和诊断的标记。用免疫印迹法,不同感染病人血清中并不能测得同样的抗原组成。这提示病人对这些抗原的抗体反应的个体差异。而且这提出了一个问题:这种抗体反应异质性的意义是什么?
3.2.2对Hp感染的细胞和炎症局部反应
在体外受到Hp抗原刺激后,来自Hp阳性病人外周血或胃粘膜固有层的T淋巴细胞的增殖和α-干扰素的产生比Hp阴性病人均有所下降。在Hp阳性病人胃粘膜固有层中某些淋巴细胞亚群(CD8和CD22)比Hp阴性病人中有所增加。这表明活跃的T淋巴细胞受到Hp抗原抑制,且可以部分解释免疫反应为什么对根除Hp无能。
4Hp感染的诊断、治疗和流行病学
4.1Hp感染的诊断
自1983年通过胃镜取活检标本分离培养成功以来,对Hp感染的诊断已发展出了许多方法,包括有细菌学、病理学、血清学、同位素示踪、分子生物学等许多方法。但总的讲来,从标本采集角度看,可以分为侵袭性和非侵袭性两大类。
4.1.1Hp感染的诊断
侵袭性方法主要指必需通过胃镜取活检标本检查的方法。它是目前消化病学科的常规方法。它包括细菌的分离培养和直接涂片、快速尿素酶试验,药敏试验。病理学的组织切片检查,电镜检查及分子生物学的PCR,RAPD,RFLP等。其中分离培养+直接涂片镜检或分离培养+病理切征检查被国际上分认为判断其他各种方法准确性可靠性的依据,即所谓“金标准”。可是Hp是一种微需O2菌,分离培养较困难。需要有一定的技术设备条件,因此在许多医院,甚至在较大的医院,亦未能普遍开展此项工作。现在看来,分离培养条件掌握得好,若能在胃壁不同病灶部位(因Hp感染灶在胃壁上分布不匀)取两块活检标本作分离培养,Hp的阳性检出率几乎可以达到90%以上,甚至接近100%。目前临床普遍采用的还是病理组织切片和快速尿素酶两种方法。病理切片HE染色特异性较差,Warthin-Starry镀银染色法较好。快速尿素酶试验由于市场上有药盒供应,有的自己配制,使用很方便。但是由于产品质量标准不统一,结果出入很大,因此在临床应用上造成了一些混乱。
PRC从理论上讲,本来是一种很敏感的、特异性亦较好的方法。但是必须具有合适的引物,良好的设备,严格的实验条件才能成功地进行。因此目前在临床上仅用于研究,尚未普遍开展。随机扩增多形性DNA(RandomamplifiedpolymorphicDNA,RAPD)及限制性片段长度多形性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)试验是PCR技术基础上发展起来的两种方法。它们共同特点是能区别Hp株的特异性。因此在追踪Hp的传染源或判断溃疡病的复发是由于Hp未根除还是再感染的有效工具。成熟的PCR技术除了可应用胃及口腔等部位的消化道标本的检测外,还可用于体外标本,为解决Hp的传播途径等问题作出贡献。
这一大类方法最大的缺点,或者说受到的限制是必需通过胃镜取标本。除了消毒不严密,胃镜检查本身就是一种传播Hp感染的媒介以外,胃镜检查还能造成胃病患者额外增加一些损伤与痛苦。一般来讲患者都是在迫不得已的情况下才接受这一检查的。因此更不宜在短期内重复用于抗Hp疗效的考核上。而且做胃镜的费用亦较贵,若不是为了初诊的需要,只是为了考核抗Hp疗效,普遍再去做胃镜检查,显然是不适宜的。
4.1.2非侵袭性诊断方法
国际上是指非通过胃镜取活检标本诊断Hp标本感染的方法.这类方法包括血清学和同位素踪两大类。
采取胃液用ELISA法测分泌型IgA,亦是一种可采用的血清学方法。但其实际意义未见有更大优越性,因此未获得广泛采用。最近国外还有人提出用ELISA法测唾液中IgA。若后者方法上趋于成熟,结果可靠,将是一种较有前途的方法。
4.2Hp感染的治疗
Hp感染现在主要靠抗Hp药物进行治疗。尽管Hp在体外对许多抗菌药物都很敏感,但是在体内用药并不那样如意。这是因为Hp主要寄生在粘液层下面,胃上皮细胞表面。注射途径用药,对它无作用,经口局部又因为胃酸环境.粘液层的屏障及胃的不断排空作用,使药效也大大地受到了限制。再加上有些药长期应用易产生严重的副作用或耐药菌株等问题。因此Hp感染引起的急慢性胃炎.消化性溃疡等疾病,本来看起来很容易治疗的问题,实际上效果并不总是很理想。何况目前缺乏合适的Hp感染的动物模型,可供帮助制订有效的治疗方案。因此目前的治疗方案几乎全凭临床经验制订,有很大的局限性(因地区、人群的差异)。总的讲来,目前不提倡用单一的抗菌药物,因为它的治愈率较低,一般<20%,且易产生耐药性。
治疗方案的选择原则是:①采用联合用药方法;②Hp的根除率>80%,最好在90%以上;③无明显副作用,病人耐受性好;④病人经济上可承受性。判断Hp感染的治疗效果应根据Hp的根除率,而不是清除率。根除是指治疗终止后至少在一个月后,通过细菌学、病理组织学或同位素示踪方法证实无细菌生长。
4.3Hp感染的流行病学
慢性胃炎患者的胃粘膜活检标本中Hp检出率可达80%~90%,而消化性溃疡患者更高,可达95%以上,甚至接近100%。胃癌由于局部上皮细胞已发生异化,因此检出率高低报道不一。在自然人群中初出生的新生儿血清中抗Hp-IgG水平却很高,接近成人水平,可能从母体获得被动免疫抗体之故。半年后迅速下降。在我国及大多数发展中国家中阳性率待降至10%~20%后又迅速回升。大约在10岁以后即迅速上升达到或接近成人阳性检出率水平。人群Hp感染率因国家因地区有所不同。低达20%,高达90%。人群中总感染率高于发达国家。这些基本资料说明了如下几个问题。①胃病患者中Hp检出率远高于人群中总的检出率,这说明Hp感染者并不都得胃病。这可能还蕴藏着与致病有关的其他因素,特别是遗传因素(宿主的易感性和菌株的型别差异等)。②人群中的Hp感染率与胃病的发生率,发展中国家高于发达国家。这又与社会经济、卫生状况有关。特别是现已证明胃癌高发区不仅与该地区人群中Hp感染率高有关外,还与人群中Hp的早发感染有关。③人类一旦感染Hp后,若不进行治疗,几乎终身处于持续感染中。因此感染率总的讲来随着年龄增长而增长。
关于传染源问题:自然人群中Hp感染率是如此之高,因此是人类Hp感染的主要传染源应该是毫无疑问的。现在的问题是除了人类以外是否还有其他的传染源。在非人的灵长类动物——某些猴类、鼬鼠、猫狗等动物的胃中,亦曾分离到Hp。因此有人认为Hp感染也是动物源性传染病。关于这一点当然不能绝对排除。但是作为传染源来讲这些动物的机会是非常少的,因为人群与这些动物直接接触的机会是不多的(当然属宠物的除外)。
尽管Shahamate等证明Hp能在人工模拟河水的微生态环境中长期存在。并证明在实验室条件下4°C河水中能存活10d。但是迄今未有人从自然环境中分离到Hp。然而Klein等发现胃癌发病率比南美洲高4倍的非洲Lima的普鲁(Peru)族人中,用13CO2呼气试验发现2~12岁儿童中Hp感染者用外源性饮用水(井水)的比用内源性饮用水(自来水)的高3倍。Hulten等进一步对Lima附近一个小镇的饮用水作了研究。他们从Lima取回冰冻水源,用抗Hp-IgG包裹的免疫磁性微球浓缩Hp。用Hp粘附素亚单位基因PCR和Hp约16srRNaRTPCR(逆转录酶PCR)两种分子生物学手段去检测水源中有无Hp的DNA。结果24/48份标本粘附素亚单位PCR阳性,而11/48份标本两种检测方法均为阳性。因此,他们认为普鲁人饮用水中出现Hp与儿童中流行病学的高发结果是一致的。这为某些条件下可能发生Hp的水源性传播提供了证据。