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2015年度中国生命科学领域十大进展

点评

中国科协生命科学学会联合体:幽门螺杆菌(Hp)是慢性胃炎、胃及十二指肠溃疡的致病菌,是胃癌的主要致病因子。中国胃病患者超过1亿,每年因胃癌死亡者达20万人。第三军医大学邹全明、中国食品药品检定研究院曾明和江苏省疾病预防控制中心朱凤才合作研究,发明了“Hp分子内佐剂黏膜疫苗”设计原理和安全高效的首个人用分子内黏膜免疫佐剂,设计与制造出全新的Hp疫苗组分;研究出国际上首个Hp疫苗生产与检定质量标准。历时15年,完成了余人参加的Hp疫苗临床试验,成功研发了具有完全自主知识产权的世界首个安全、有效的Hp疫苗,保护率达71.8%,获国家1.1类新药证书。为慢性胃炎和胃癌的防治提供了新方法。

在20世纪80年代以前,一直认为消化性疾病是非感染性疾病,“无酸无溃疡”的定律决定着临床医师对这类患者的诊断、治疗与预防。然而,幽门螺杆菌(Helicobacterpylori,H.pylori,简称Hp)的发现从本质上更新了这一定律,并成为人类胃肠病防治与研究史上的一次革命。年由澳大利亚B.Marshall及R.Warren首次从患者胃黏膜活检标本中分离、培养出幽门螺杆菌,接着Marshall亲自吞服该菌进行感染试验,结果证实幽门螺杆菌感染可引起胃炎[1]。Marshall及Warren也因发现了幽门螺杆菌以及这种细菌在胃炎和胃溃疡等疾病中的作用,被授予年度诺贝尔生理学或医学奖。

1幽门螺旋的病原学

1.1生物学特性

1.1.1形态学

幽门螺杆菌为革兰阴性细菌,呈弯曲、S形或海鸥形,长2.5~4.0μm,宽0.5~1.0μm。在胃黏膜上皮细胞表面常呈螺旋状或弧形(图1),在固体培养基上有时会出现杆状或圆球状。在电子显微镜下菌体的一端有2~6根鞭毛,鞭毛长2~5μm(图2)。

图1胃上皮细胞表面Hp(电镜下)

图2Hp超微结构(电镜下)

1.1.2培养特性

幽门螺杆菌属于微需氧菌,稳定生长需要5%~8%的O2、10%的CO2和85%的N2,在空气和绝对无氧条件下均不能生长。从临床标本中分离培养幽门螺杆菌需补充适量的CO2,且培养环境相对湿度要保持在95%以上。幽门螺杆菌培养的最适温度为35~37℃,营养条件要求较高,需要精氨酸、组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸等必需氨基酸,有些菌株尚需要丙氨酸或丝氨酸,葡萄糖可能仍然是幽门螺杆菌能量和碳源的重要来源之一。许多固体培养基都能用于幽门螺杆菌的分离培养,包括哥伦比亚琼脂、心脑浸液琼脂等,但都必须加入一定量的马、羊、人全血或胎牛血清作为补充营养成分。幽门螺杆菌培养的最适pH值为中性或弱碱性。幽门螺杆菌生长缓慢,培养时间较长,通常需3~5d甚至1周。典型幽门螺杆菌培养菌落为圆形、无色、透明的露滴状,1~2mm,开始呈针尖样,以后菌落稍大呈灰白色。为了避免杂菌的生长,在培养基中常需加入万古霉素、两性霉素、多黏菌素、甲氧苄啶等抗生素。幽门螺杆菌在液体培养基中也可以生长,但生长更加困难,这可能是由于在液体里更难保证菌体必须的微需氧环境和营养物质的稳定,以及有害产物的持续扩散。

1.1.3生化反应

幽门螺杆菌生化反应及生物学特性详见表1。

1.1.4抵抗力

与其他细菌相比,Hp有一定的耐酸性,尿素对Hp可起到保护作用,1%胆盐可抑制Hp生长。

1.1.5耐药性

随着幽门螺杆菌根除治疗的广泛开展,Hp对抗生素的耐药率逐年上升,并成为含质子泵抑制剂(PPI)三联疗法根除率下降及根除治疗失败的主要原因。中国Hp菌株对甲硝唑和克拉霉素的耐药率高达80%以上,并已开始对阿莫西林产生耐药。

1.1.6基因组及分型

年Jean-FTomb和OwenWhite等首次完成了第一株Hp的基因组全序列测定工作,该Hp的代码为,来源于慢性胃炎患者。年又由R.A.Alm和L.L.Ling等完成了来源于十二指肠球部溃疡患者的J99菌株的测序工作[2]。目前已有7株幽门螺杆菌的全基因序列被测定,重庆第三军医大学邹全明课题组年也完成了中国第一株幽门螺杆菌的全基因序列测定[3]。幽门螺杆菌染色体为1.60~1.72mb,G+C含量为34.1%~37.5%。对Hp全基因组序列的分析可进一步加深对Hp致病性、耐酸性、抗原变异和微需氧特性的了解和致病机制的阐明,也可对Hp的遗传多态性与疾病表征的相关性进行更广泛的评估,为Hp流行病学研究及其预防、控制和治疗提供理论指导(图3)。

图3Hp基因组全图

根据CagA(cytotoxinassociatedgeneA)基因和VacA(vacuolatingcytotoxingeneA)基因及蛋白表达的不同,将Hp菌株分为3型:I型含CagA基因,并表达CagA蛋白(cytotoxinassociatedprotein,细胞毒性相关蛋白)和VacA蛋白(vacuolatingcytotoxin,空泡毒素),具有较强的细胞毒性,与消化性溃疡及胃癌有关;II型不含CagA基因,不表达CagA蛋白和VacA蛋白,细胞毒性较弱,感染后只引起慢性浅表性胃炎;中间型仅单独表达CagA蛋白或VacA蛋白。研究显示,Hp菌株感染时若含CagA基因,则胃的炎症增加,引起十二指肠溃疡和胃癌的危险性增大[4,5]。

1.2主要抗原

Hp疫苗的研究重点之一就是候选抗原的筛选。目前,经筛选并在动物模型中得到验证的Hp保护性抗原有数种,主要包括尿素酶、黏附素、空泡毒素、毒素相关抗原、过氧化氢酶、热休克蛋白及其他蛋白成分。

1.2.1尿素酶

尿素酶(urease,Ure)在Hp定植感染过程中有分解尿素、中和胃酸的作用,对Hp的致病性具有重要意义。一般认为,分解尿素产生的氨可以中和盐酸,这一过程的低酸和高pH值使细菌能够顺利穿过胃黏液层,到达近中性黏膜表面。Ure分布在Hp的表面,占全菌蛋白的5%~10%,它由A、B2个亚单位组成,呈六聚体,几乎所有Hp菌株均能产生Ure,且氨基酸同源性很高,因此,Ure作为Hp疫苗抗原具有显著优势。据统计,选择尿素酶作为疫苗抗原的研究报道占Hp疫苗研究文献总数的70%以上,因此,尿素酶已成为Hp疫苗的首选亚单位抗原。

1.2.2黏附素

黏附素(adhesin)是由Hp产生于菌体表面并参与和胃上皮细胞发生特异性黏附而引起病理损害的一组蛋白分子。目前已发现的有N-乙酰神经氨酰乳糖结合原纤维血凝素(HpaA)、胞外酶S样黏附素、一种31kD的黏附因子、一种19.6kD的毛状蛋白和LewisB血型抗原结合黏附素(BabA)等。由于这些黏附素在Hp定植过程中发挥重要作用且均存在于外膜,以它们作为免疫原进行疫苗开发也得到了较多







































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