Helicobacter pylori

Helicobacter pylori (произносится геликобактер пилори) – спиралевидная грамотрицательная бактерия, которая инфицирует различные области желудка и двенадцатиперстной кишки. Многие случаи язв желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрит, дуоденит и некоторые случаи лимфом желудка и рака желудка этиологически связаны с инфицированием Helicobacter pylori. Однако, хотя многих инфицированных носителей Helicobacter pylori, большинство зараженных не проявляют никаких симптомов болезни.
Виды рода Helicobacter являются ацидофильными экстремофилы, единственными известными на сегодняшний микроорганизмы, способными длительно выживать в чрезвычайно кислом почти анаэробном среде желудка и колонизировать его слизистую оболочку. Спиралевидная форма бактерии, от которой произошло родовое название Helicobacter, как считается, связана с этим микроорганизмом в способности проникать в слизистую оболочку желудка и двенадцатиперстной кишки, что такая форма облегчает ее движение в слизистом геле, покрывающем слизистую пищеварительного тракта.
История открытия
В 1875 году группа немецких ученых обнаружила спиралевидную бактерию в слизистой желудка человека. Как это бактерия не росла в культуре (на известных в то время искусственных питательных средах), и это случайное открытие было в конце концов забыто.
В 1893 году итальянский исследователь Джулио Биззоцеро описал похожую спиралевидную бактерию, живущую в кислом содержимом желудка собак.
В 1899 году польский профессор Валерий Яворский из Ягеллонского университета в Кракове, исследуя осадок из промывных вод желудка человека, обнаружил, помимо бактерий, напоминавших по форме хворостины, также некоторое количество бактерий характерной спиралеобразной формы. Он назвал обнаруженную им бактерию Vibrio rugula. Он был первым, кто предположил возможную этиологическую роль этого микроорганизма в патогенезе заболеваний желудка. Его работа на эту тему была включена в польское «Руководство по заболеваниям желудка ». Однако эта работа не имела большого влияния на остальной медицинского и научного мира, поскольку была написана польским языком.
Бактерия была вновь открыта в 1979 году австралийским патологом Робином Уорреном, который затем, начиная с 1981 года, провел дальнейшие исследования ее вместе с Барри Маршаллом. Уоррену и Маршаллу удалось выделить и изолировать этот микроорганизм из проб слизистой оболочки желудка человека. Они также были первыми, кому удалось культивировать этот микроорганизм на искусственных питательных средах. В оригинальной публикации Уоррен и Маршалл высказали предположение, что большинство язв желудка и гастритов у человека вызываются инфицированием Helicobacter pylori, а не стрессом или острой пищей, как предполагалось ранее.
Гистологический препарат слизистой желудка, демонстрирующий хеликобактерный гастрит и колонизацию слизистой бактерией Helicobacter. Окраска серебром по Вартина-Старр. Медицинское и научное сообщество медленно и неохотно признавали патогенетическую роль этой бактерии в развитии язв желудка и двенадцатиперстной кишки и гастритов, вследствие распространенного в то время убеждения, что никакой микроорганизм не выжить сколько-нибудь длительное время в кислой среде желудка. Признание научным сообществом этиологической роли этого микроба в развитии заболеваний желудка начало постепенно приходить лишь после того, как были проведены дополнительные исследования. Одним из наиболее убедительных экспериментов в этой области был поставлен Барри Маршаллом: он сознательно выпил содержимое чашки Петри с культурой бактерии H. pylori, после чего у него развился гастрит. Бактерия была обнаружена в слизистой его желудка, тем самым были выполнены три из четырех постулатов Коха. Четвертый постулат был выполнен, когда на второй эндоскопии, спустя 10 дней после преднамеренного заражения, были обнаружены признаки гастрита и присутствие H. pylori. Затем Маршалл сумел продемонстрировать, что он может излечить свой хеликобактерный гастрит с помощью 14-дневного курса лечения солями висмута и метронидазолом. Маршалл и Уоррен затем пошли дальше и сумели показать, что антибиотики эффективны в лечении многих, если не большинства, случаев гастрита и язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.
В 1994 году американский Национальный институт здравоохранения опубликовал экспертное мнение, в которой утверждалось, что большинство рецидивирующих язв желудка и гастритов с повышенной кислотностью вызываются инфицированием микробом H. pylori, и рекомендовал включать антибиотики в терапевтические режимы при лечении болезней. Постепенно накапливались данные также о том, что язвы двенадцатиперстной кишки и дуодениты также ассоциированы с инфицированием H. pylori. В 2005 году первооткрыватели бактерии Робин Уоррен и Барри Маршалл были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
До того, как стала понятна роль инфекции Helicobacter pylori в развитии язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки и гастритов, эти болезни обычно лечили лекарствами, которые нейтрализуют кислоту (антациды) или снижают ее продукцию в желудке (ингибиторы протонного насоса, блокаторы H 2-рецепторов, холинолитики и др.). Хотя такое лечение в ряде случаев бывало эффективным, язвы и гастриты весьма часто рецидивировали после прекращения лечения. Очень распространенным препаратом для лечения гастритов и язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки был висмута висмута (пепто-бисмол). Он часто был эффективен, но вышел из употребления, поскольку его механизм действия оставался непонятным. Сегодня известно, что эффект пепто-бисмола был обусловлен тем, что соли висмута действуют на Helicobacter pylori как антибиотик. Сегодня большинство случаев язв лечат антибиотиками, эффективными против H. pylori.
Бактерия была вначале названа Campylobacter pyloridis, затем Campylobacter pylori (после коррекции названия согласно латинской грамматике), и лишь в 1989 году, после того, как анализ последовательностей ДНК этой бактерии показал, что в действительности она не принадлежит к роду Campylobacter, ее и близкие ей виды выделили в отдельный род, Helicobacter. Название pylori происходит от слова «pylori» (то есть тот, который принадлежит к pilorus, циркулярный жом, перекрывающий проход из желудка в двенадцатиперстную кишку), которое, в свою очередь, происходит от греческого слова ???????, что буквально означает «сторож».
Хотя H. pylori и остается наиболее медицински значимой бактерией, населяющий желудок человека, у других млекопитающих и некоторых птиц были найдены другие представители рода Helicobacter. Некоторые из них способны заражать и человека. Виды рода Helicobacter были также обнаружены в печени некоторых млекопитающих, причем они способны вызывать поражения и заболевания печени.
Строение
Размеры и схематическая строение H. pylori Helicobacter pylori – спиралевидная грамотрицательная бактерия, около 3 мкм в длину, диаметром около 0,5 мкм. Она имеет 4-6 жгутиками и способностью чрезвычайно быстро двигаться даже в густой слизи или агаре. Она микроаэрофильна, то есть требует для своего развития наличия кислорода, но в значительно меньших концентрациях, чем атмосферные.
Бактерия содержит гидрогеназу, который может использоваться для получения энергии путем окисления молекулярного водорода, выделяемого другими кишечными бактериями. Бактерия также вырабатывает оксидазу, каталазу и уреазу
Helicobacter pylori обладает способностью формировать биопленки, в которых внутренние слои защищены от действия кислоты и других вредных факторов наружным слоем слизи и бактерий и перехода от спиральной к кокковой формы. Вероятно, оба фактора увеличивают способность ее выживания в кислой и агрессивной среде желудка. Кокковую форму пока не удалось культивировать на искусственных питательных средах, хотя она может спонтанно возникать по мере «старения» культур и была обнаружена в некоторых водных источниках в США и других странах. Кокова форма бактерии также обладает способностью к адгезии к клеткам эпителия желудка in vitro.
Факторы вирулентности
Факторы вирулентности Helicobacter Способность H. pylori колонизировать слизистую желудка и вызывать гастрит либо язву желудка зависит не только от состояния иммунитета организма хозяина, но и от наличия особенностей конкретного штамма бактерии специфических факторов вирулентности, определяющих ее специфическое взаимодействие с организмом хозяина и ее патогенность.
Важными факторами вирулентности Helicobacter является наличие у нее жгутиков, благодаря которым обеспечивается быстрое движение микроорганизма в слое густой слизи, защищающей слизистую желудка от воздействия кислоты, ее возможность осуществлять хемотаксис в места скопления других бактерий этого вида и, в результате, быстрая колонизация слизистой оболочки.
Липополисахариды и белки наружной оболочки бактерии обладают свойством адгезии к наружной оболочке мембран клеток слизистой желудка. Кроме того, липополисахариды наружной оболочки H. pylori вызывают иммунный ответ организма хозяина и развитие воспаления слизистой.
Литические ферменты секретируются бактерией во внешнюю среду, – муциназа, протеазы, липаза – вызывают деполимеризацию и растворение защитной слизи (состоящей в основном из муцина) и повреждение слизистой желудка.
Молекулярная модель уреазы H. pylori Очень важную роль в вирулентности бактерии и в ее способности выживать в кислом содержимом желудка играет секреция бактерией уреазы – фермента, расщепляющего мочевину с образованием аммиака. Аммиак нейтрализует соляную кислоту желудка и обеспечивает бактерии локальное поддержание комфортного для нее pH (около 6-7). Одновременно с этим аммиак вызывает химическое раздражение и воспаление, а впоследствии и гибель клеток слизистой желудка.
Продукция бактерией различных экзотоксинов, в частности, Вакуолизуючий экзотоксина (продукта гена vacA), также вызывает вакуолизацию, повреждение и гибель клеток слизистой желудка.
Система секреции IV типа, использующий инъекцию веществ через пустые ворсинки, может использоваться для непосредственного впрыскивания в клетки слизистой оболочки желудка различных эффекторных белков (в частности, продуктов гена cagA), вызывающие воспаление, повышение продукции интерлейкина-8, угнетение апоптоза и избыточный рост определенных типов клеток. Считают, что именно этим обусловлена гиперплазия париетальных (кислотообразующих) клеток желудка, что наблюдается при хеликобактерной инфекции, гиперсекреция соляной кислоты и пепсина, и в конечном итоге повышение вероятности рака желудка.
Штаммы H. pylori, выделенные от больных с язвой желудка или двенадцатиперстной кишки, как правило, проявляют большую биохимическую агрессивность, чем штаммы, выделенные от больных с гастритом, а штаммы, выделенные от больных с гастритом, обычно более агрессивны и вирулентны, чем штаммы, выделенные от бессимптомных носителей. В частности, штаммы, выделенные от больных с язвенной болезнью, чаще бывают CagA-позитивными (т.е. продуцирующими cagA эффекторные CagA). Штаммы, выделенные от больных с гастритом, чаще продуцируют экзотоксин VacA, чем штаммы, выделенные от бессимптомных носителей. В патогенных штаммов также выше продукция уреазы, муциназа, протеаз, липазы – соответственно выше продукция аммиака и способность растворять и повреждать слизистую оболочку желудка.
Колонизация желудка
Схематическое изображение патогенеза язвы желудка На начальном этапе после попадания в желудок H. pylori, быстро двигаясь при помощи жгутиков, преодолевает защитный слой слизи и колонизирует слизистую оболочку желудка. Закрепившись на поверхности слизистой, бактерия начинает вырабатывать уреазу, благодаря чему в слизистой оболочке и слое защитной слизи поблизости от колонии, растет концентрация аммиака и повышается pH. По механизму отрицательной обратной связи это вызывает повышение секреции гастрина клетками слизистой желудка и компенсаторное повышение секреции соляной кислоты и пепсина, с одновременным снижением секреции бикарбонатов. Помимо этого, аммиак оказывает непосредственное раздражающее и разъедающее действие на слизистую желудка, вызывает химический ожог и воспаление.
Муциназа, протеаза и липаза, вырабатываемые бактерией, вызывают деполимеризацию и растворение защитной слизи желудка, результате чего соляная кислота и пепсин получают непосредственный доступ к клеткам эпителия желудка и начинают разъедать их, вызывая химический ожог, воспаление и изъязвление слизистой оболочки. Экзотоксины, производимых бактерией, вызывают вакуолизацию и гибель клеток слизистой оболочки. Протеазы и еффекторни белки (в частности, CagA) дополнительно усиливают воспаление и гибель клеток. Привлеченные воспалением (в частности, секрецией интерлейкина-8 клетками слизистой желудка) лейкоциты вырабатывают различные медиаторы воспаления и химически агрессивные вещества (в частности перекись водорода), что приводит к прогрессированию воспаления и роста язвы.
Диагностика инфекции
Иммуногистохимическое окрашивание H. pylori в биоптате слизистой оболочки желудка. Диагностика хеликобактерной инфекции обычно производится путем опроса больного на наличие диспептических жалоб и симптомов, и затем выполнения тестов, которые могут помочь подтвердить или опровергнуть факт наличия хеликобактерной инфекции.
Неинвазивные (не требующие эндоскопии) тесты на наличие бактерии включают определение титра антител в крови к антигенам H. pylori, определение наличия антигенов H. pylori в кале, а также уреазный дыхательный тест, состоящий в том, что пациент выпивает раствор меченой 14C-или 13C-углеродом мочевины, которую бактерия расщепляет с образованием меченой 14C-или 13C-двуокиси углерода, который затем может быть обнаружен в воздухе, выдыхаемом посредством измерения радиоактивности (в случае мечения радиоактивным изотопом углерода C-14) или масс-спектрометрии (в случае мечения стабильным изотопом углерода C-13).
Однако самым надежным методом диагностики инфекции Helicobacter pylori остается биопсия, проводимая во время эндоскопического обследования желудка и двенадцатиперстной кишки. Взятую при биопсии ткань слизистой подвергают быстрому тестированию на наличие уреазы и антигенов H. pylori, гистологическому исследованию, а также культуральной исследованию с выделением хеликобактера на искусственных питательных средах.
Ни один из методов диагностики инфекции H. pylori не является полностью достоверным и защищенным от диагностических ошибок и неудач. В частности, результативность биопсии в диагностике хеликобактерной инфекции зависит от места взятия биоптата, поэтому при эндоскопическом исследовании обязательно взятие биоптатов из разных мест слизистой желудка. Тесты на наличие антител к антигенам бактерии имеют чувствительность всего лишь от 76% до 84%. Некоторые лекарства могут влиять на активность уреазы, выделяемого H. pylori, в результате чего при исследовании уреазной активности при помощи меченой мочевины могут получиться ложноотрицательные результаты.
H. pylori в слизистой оболочке желудка. Окраска по Романовскому-Гимзе. Хеликобактерная инфекция может сопровождаться симптомами или протекать бессимптомно (без каких-либо жалоб со стороны инфицированного). Предполагается, что до 70% случаев хеликобактерной инфекции протекают бессимптомно и что 1 / 2 до 2 / 3 человеческой популяции в мировом масштабе инфицированы H. pylori. Истинная частота встречаемости бессимптомного носительства хеликобактера варьирует от страны к стране. В развитых странах Запада (Западная Европа, США, Канада, Австралия) эта частота составляет примерно 25%, и значительно выше в странах так называемого «третьего мира» и в посткоммунистических странах Восточной Европы и особенно в странах бывшего Советского Союза. В странах третьего мира и в посткоммунистических странах, вследствие сравнительно низких санитарных стандартов и условий, не редки случаи выявления инфекции H. pylori у детей и подростков.
Разница в частоте хеликобактерной инфекции в развитых странах Запада и в странах «третьего мира» приписывается более строгому соблюдению гигиенических стандартов и широкому использованию антибиотиков. Однако со временем стала проявляться проблема резистентности к антибиотикам некоторых штаммов H. pylori. В настоящее время многие штаммы хеликобактера в Европе, США и даже в развивающихся странах, уже устойчивы к метронидазолу.
H. pylori была выделен из кала, слюны и зубного налета инфицированных пациентов, что объясняет возможные пути передачи инфекции – фекально-оральный или орально-оральный (например, при поцелуях, пользовании общей посудой, общими столовыми приборами, общей зубными щетками). Возможно (и весьма часто встречается) заражение бактерией в учреждениях общественного питания. Иногда возможно заражение через инфицированные эндоскопы при проведении диагностической гастроскопии.
H. pylori в слизистой оболочке желудка. Окраска гематоксилин-эозином. Считается, что в отсутствие лечения хеликобактерной этиологией однажды колонизировав слизистую желудка, может существовать в течение всей жизни человека. Однако у пожилых людей, а также у больных с давно существующим гастритом, хеликобактерная инфекция, вероятно, может самостоятельно исчезать, поскольку с возрастом или с давностью заболевания гастритом слизистая желудка становится все атрофичной, истонченной и менее пригодной для колонизации бактерией. Вместе с тем, атрофический гастрит у пожилых, или гастрит, перешедший в стадию атрофического гастрита после многих лет болезни, поддается лечению гораздо труднее, чем хеликобактерная гастриты. Поэтому не следует откладывать лечение больных с острым или хроническим хеликобактерных гастритом в надежде, что инфекция «пройдет сама».
Процент острых хеликобактерных инфекций, которые переходят в хроническую форму, точно не известен, однако в нескольких исследованиях, в которых изучалось естественное течение болезни без лечения в человеческих популяциях, сообщалось о возможности спонтанного самоизлечения (спонтанной элиминации микроба-возбудителя).
Лечение инфекции
У пациентов с пептической язвой желудка, в хеликобактерной этиологией стандартным протоколом лечения является эрадикация Helicobacter pylori », то есть лечебный режим, направленный на полное уничтожение этого микроба в желудке с целью обеспечить условия для заживления язвы.
Стандартной терапией при хеликобактерной инфекции сегодня является так называемая «однонедельная тройная терапия ». Австралийский гастроэнтеролог Томас Бороде ввел первый известный режим «тройной терапии» в 1987 году. Сегодня стандартной «тройной терапией» является комбинация амоксициллина, кларитромицина и ингибитора протонного насоса, такого, как омепразол. За последние десятилетия были разработаны различные варианты «двойной» или «тройной» терапии, в частности такие, которые используют другие, более современные и мощные ингибиторы протонного насоса, например, эзомепразола, пантопразола, лансопразола, рабепразола, или использующие метронидазол вместо амоксициллина либо вместо кларитромицина для больных с аллергией к производным пенициллина или к макролидам.
Эти виды терапии значительно повысили эффективность лечения язвенной болезни и сделали возможным лечение болезни, тогда как раньше единственной возможностью были традиционные методы симптоматического лечения с помощью антацидов, антагонистов H 2-рецепторов или использования отдельно ингибиторов протонного насоса.
Анализ клинических испытаний также предлагает дополнительное использование пробиотиков, способных повысить темпы эрадикации H. pylori и уменьшить побочные эффекты.
К сожалению, все большее число больных сейчас инфицированных носителей штаммами, разистентнимы к некоторым антибиотикам. Как следствие первого лечения может закончиться неудачно, после чего требуется повторное лечение новой комбинацией лекарств. Например, для лечения штаммов, резистентных к кларитомицину, рекомендуется использование в Скади терапии левофлоксацина. Соединения висмута также часто бывают эффективными в комбинации с некоторыми из упомянутых препаратов.
Некоторые исследования показывают эффективность лечебных препаратов растительного происхождения, например брокколи ингибирует рост H. pylori с помощью сульфорафан, содержащийся в ней. Другие исследования показывают эффективность зеленого чая в подавлении роста H. pylori и ингибировании адгезии бактерии к эпителиальных клеток. Обычно, однако, использование исключительно растительных препаратов недостаточно для эрадикации H. pylori.
Связь с раком
Сейчас частота инфекции H. pylori снижается в развитых странах, вероятно через улучшение санитарии и использования антибиотиков, это снижение коррелирует с тем фактом, что в США количество больных язвенной болезнью желудка и пванадцятипалои кишки сократилось на 80% с 1900 до 2000 года. Подобная корреляция также прослеживается в эпидемиологическом связи между H. pylori и раком. Подробнее, как рак желудка, так и лимфома лимфоидной ткани, ассоциированной со слизью, связанные с H. pylori, а бактерия категорируется как канцероген I группы Международным агентством дослиження рака (IARC). Несмотря на эти данные, прямой причинно-следственной связи не было продемонстрировано. Однако, среди бактерий H. pylori считается опасным канцерогеном.
Сейчас исследуются два связанных между собой механизмы, с помощью которых H. pylori может вызвать рак. Один механизм касается увеличения выделения «свободных» радикалов в районе колонии H. pylori, и, как следствие, увеличение мутаций клеток хозяина. Другой механизм называется «перигенетичним» путем. Он касается транформации фенотипа клеток за счет изменения некоторых белков, таких как белки клеточной адгезии. Существует гипотеза, что эти изменения связаны с воспалением, вызванным H. pylori, и увеличением уровней фактора некроза опухолей альфа и интерлейкина 6. По этой гипотезе изменения в адгезии приводят к облегчению миграции мутантных эпителиальных клеток без необходимости дополнительных мутаций.
Генетические исследования
Электронная микрофотография H. pylori Известно несколько штаммов Helicobacter pylori, и геном двух из них полностью секвенирован. Геном штамма 26695 состоит из примерно 1,7 миллионов пар оснований и содержит около 1550 генов. Два исследованные штаммы демонстрируют значительные генетические различия, до 6% последовательности у них разные.
Изучение генома H. pylori ведется в основном с целью улучшить понимание патогенеза гастритов и язвенной болезни желудка, причин способности этого микроорганизма вызывать эти заболевания. На данный момент в базе данных генома Helicobacter pylori 62 гена отнесены к категории «патогенных» (то есть их наличие у бактерии коррелирует с ее патогенностью). Оба исследованные штаммы имеют общий «патогенный островок» (Общую последовательность генов, имеющих отношение к вирулентности и патогенности бактерии) длиной около 40 kbp, так называемый Cag. Этот островок обычно отсутствует у штаммов, выделенных из людей, являются бессимптомными носителями H. pylori. Ген cagA кодирует один из главных факторов вирулентности H. pylori. Бактеральни штаммы, имеющие ген cagA, связанные со способностью вызывать наиболее тяжкие язвы. Этот ген кодирует относительно длинный (1186 аминокислоты) белок. Продукт гена, CagA, попадает в человеческих клеток, где может разрушать нормальное функционирование цитоскелета. Островок патогенности Cag содержит около 30 генов, кодирующих комплекс системы секреции IV типа. После присоединения H.pylori к эпителиальных клеток, белок CagA впрыскивается к ним с помощью этой системы. Патогенные штаммы H. pylori активируют рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), мембранный белок с активностью тирозинових киназы. Эта активация связана с изменениями сигнальных систем клеток и экспрессии генов в эпителиальных клетках хозяина, что, вероятно, способствует патогенеза. Также известно, что C-терминальный регион CagA (аминокислоты 873-1002) может регулировать транскрипцию генов клетки независимо от фосфорилирования тирозина. За низкого содержания GC гена cagA сравнению с остальными генома, считается, что он был получен от другого вида бактерий с помощью горизонтального переноса генов.
Ссылки